Les pouzzolanes et les basaltes
Les pouzzolanes et les basaltes
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Présentation<br />
L E catalogue des structures types de chaussées neuves, édition 1977, officialise, par la<br />
structure type 4, la technique routière des graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux. Cela concrétise officiellement<br />
au niveau national <strong>les</strong> efforts entrepris depuis 1968 par le ministère de l'Equipement<br />
pour valoriser l'utilisation des <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
A ce jour, plus de 3 millions de tonnes de graves ou de sab<strong>les</strong> traités au liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
ont été mises en œuvre dans <strong>les</strong> départements de l'Allier, de l'Ardèche, de<br />
l'Hérault, de la Loire, de la Haute-Loire <strong>et</strong> du Puy-de-Dôme.<br />
C<strong>et</strong>te technique, à caractère régional, est liée essentiellement à la proximité des gisements de<br />
<strong>pouzzolanes</strong> qui se développent aux abords des lignes volcaniques du Massif central. Plus<br />
récemment, vers 1975, <strong>les</strong> études engagées par le Laboratoire régional de Clermont-Ferrand<br />
ont mis en évidence le caractère «pouzzolanique» des <strong>basaltes</strong> qui constituent ainsi un<br />
prolongement technique intéressant pour <strong>les</strong> régions disposant uniquement de ressources<br />
basaltiques (le Cantal par exemple).
Ces techniques perm<strong>et</strong>tent de valoriser <strong>les</strong> ressources loca<strong>les</strong> <strong>et</strong> d'éviter des frais de transport<br />
de plus en plus onéreux de liant en provenance de lieux de production éloignés.<br />
Si, sur le plan national, ces techniques gardent un caractère régional, il est permis de penser<br />
qu'au vu des ressources de <strong>pouzzolanes</strong> <strong>et</strong> de <strong>basaltes</strong> disponib<strong>les</strong> dans <strong>les</strong> départements<br />
d'outre-mer ou dans de nombreux pays étrangers (par exemple le Rwanda, Madagascar) el<strong>les</strong><br />
pourront trouver leur plein emploi.<br />
Aussi nous a-t-il paru utile de rassembler sous le thème « Pouzzolanes » l'ensemble des artic<strong>les</strong><br />
ayant trait à ce suj<strong>et</strong> en l'étendant aux <strong>basaltes</strong>. Trois numéros du bull<strong>et</strong>in de liaison<br />
consacreront leur partie thématique aux <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
Dans le présent numéro, nous faisons le point de nos connaissances actuel<strong>les</strong> sur <strong>les</strong><br />
<strong>pouzzolanes</strong> du point de vue morphologique <strong>et</strong> minéralogique. la lecture de ce numéro sera<br />
fort opportunément précédée par celle de l'article Basaltes <strong>et</strong> <strong>pouzzolanes</strong> du Massif central,<br />
sous la signature de MM. Geoffray, Mishellany <strong>et</strong> Restituito dans le tout récent numéro spécial<br />
Granulats du Bull<strong>et</strong>in de liaison des Laboratoires des Ponts <strong>et</strong> Chaussées <strong>et</strong> dont nous<br />
rappelons le résumé.<br />
Le deuxième numéro traitera du liant pouzzolane-chaux <strong>et</strong> des applications routières réalisées.<br />
Enfin, le troisième numéro sera consacré aux <strong>basaltes</strong>.<br />
<strong>Les</strong> résultats acquis à ce jour l'ont été grâce à une collaboration étroite du LCPC, du SETRA <strong>et</strong><br />
du Laboratoire régional de Clermont-Ferrand ainsi qu'au dynamisme des Directions<br />
départementa<strong>les</strong> de l'Equipement du Puy-de-Dôme <strong>et</strong> du Cantal qui sont respectivement à<br />
l'origine de la promotion des techniques graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux <strong>et</strong> <strong>basaltes</strong>-chaux.<br />
BASALTES ET POUZZOLANES DU MASSIF CENTRAL<br />
J.-M. GEOFFRAY<br />
A. MISHELLANY<br />
J. RESTITUITO<br />
90<br />
RÉSUMÉ<br />
J. BONNOT<br />
Chef du département des chaussées<br />
Laboratoire central<br />
J -C. MONTVENOUX<br />
Directeur du Laboratoire régional<br />
de Clermont-Ferrand<br />
En France, le volcanisme affecte principalement le Massif central avec quelques<br />
pointements dans l'Est <strong>et</strong> le Midi.<br />
<strong>Les</strong> édifices volcaniques ont une morphologie variable (coulées, necks, dômes)<br />
qui dépend du mode d'émission des magmas. L'émission effusive donne naissance<br />
aux <strong>basaltes</strong>, roches cohérentes <strong>et</strong> denses, alors que <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> sont constituées<br />
par <strong>les</strong> débris magmatiques proj<strong>et</strong>és dans l'atmosphère au cours des manifestations<br />
éruptives. Il en résulte une texture n<strong>et</strong>tement différenciée, essentiellement<br />
massive pour <strong>les</strong> <strong>basaltes</strong>, scoriacée pour <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong>. La composition chimique<br />
<strong>et</strong> partant minéralogique est par contre assez voisine.<br />
On donne par ailleurs des indications sur la prospection <strong>et</strong> l'exploitation des<br />
gisements ainsi que sur <strong>les</strong> caractéristiques pétrographiques <strong>et</strong> physiques de ces<br />
matériaux, en liaison avec <strong>les</strong> utilisations routières.<br />
N° spécial IV, Granulats, 1977, p. 127-136.
Morphologie <strong>et</strong> couleur des <strong>pouzzolanes</strong><br />
RÉSUMÉ<br />
J.-M. GEOFFRAY<br />
Assistant<br />
R. VALLADEAU<br />
Technicien supérieur<br />
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand<br />
Par suite de la dispersion éolienne des cendres volcaniques en cours d'éruption <strong>et</strong> de<br />
la relative rar<strong>et</strong>é des bombes, <strong>les</strong> dépôts pyroclastiques exploités comme gisements de <strong>pouzzolanes</strong><br />
sont constitués essentiellement de scories <strong>et</strong>, très accessoirement, de ponces. <strong>Les</strong> scories<br />
forment des granu<strong>les</strong> de 1 à 3 cm de diamètre, parfois soudés, <strong>et</strong> ont une texture vésiculaire.<br />
<strong>Les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> sont noires quand le fer présent est à l'état d'oxyde magnétique<br />
<strong>et</strong> rouges quand il est sous forme d'hématite. La couleur n'affecte pas la partie silicatée<br />
<strong>et</strong> est donc sans signification sur le plan de la réactivité du matériau.<br />
MOTS CLËS : Pouzzolane • Couleur • Texture (géomorphol).<br />
Par analogie lointaine aux sab<strong>les</strong> de Pouzzo<strong>les</strong>, on<br />
baptise <strong>pouzzolanes</strong> <strong>les</strong> « débris de feu » (ou pyroclastites)<br />
provenant des éruptions volcaniques.<br />
A première vue, il n'existe rien de plus hétérogène<br />
qu'un gisement de <strong>pouzzolanes</strong> ; il est constitué par<br />
un mélange de produits pouvant revêtir diverses formes<br />
<strong>et</strong> diverses couleurs.<br />
De par leur mode de stratification, <strong>les</strong> gisements alluvionnaires<br />
<strong>et</strong> <strong>les</strong> gisements de <strong>pouzzolanes</strong> sont très<br />
comparab<strong>les</strong> ; toutefois, ces derniers se distinguent<br />
sur deux points particuliers :<br />
— le dépôt des matériaux est conditionné non plus<br />
par un vecteur liquide, mais par le vecteur gaz lors de<br />
l'éruption ;<br />
— <strong>les</strong> matériaux déposés ne sont pas arrachés aux<br />
massifs superficiels mais sont d'origine magmatique<br />
ou, accessoirement, proviennent des roches encaissantes<br />
profondes (sial) entraînées par la lave.<br />
CLASSIFICATION<br />
DES PRODUITS PYROCLASTIQUES<br />
Selon l'état sous lequel la lave est émise, <strong>les</strong> produits<br />
pyroclastiques peuvent se subdiviser en plusieurs catégories.<br />
Nous r<strong>et</strong>iendrons en ce qui nous concerne<br />
Bull. Liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch. - 92 - nov.-déc. 1977 - Réf. 2116<br />
présentement la classification de la figure 1. C<strong>et</strong>te<br />
grande variété de matériaux est bien révélatrice du<br />
type d'hétérogénéité apparente qui peut exister sur un<br />
gisement de <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
PRODUITS EMIS A L'ETAT FLUIDE<br />
Au cours des éruptions volcaniques aériennes, le<br />
magma est proj<strong>et</strong>é en lambeaux de lave fluide <strong>et</strong> incandescente,<br />
d'une manière plus ou moins violente en<br />
fonction de sa viscosité <strong>et</strong> de la pression des gaz.<br />
<strong>Les</strong> formes de solidification adoptées par ces lambeaux<br />
de lave dépendent essentiellement de leur viscosité,<br />
de la vitesse de refroidissement <strong>et</strong> de la teneur<br />
en gaz.<br />
<strong>Les</strong> cendres sont constituées par du magma <strong>et</strong> présentent<br />
une nature pulvérulente. Du fait de leur extrême<br />
finesse, el<strong>les</strong> subissent des transferts aériens<br />
relativement importants <strong>et</strong> ne se déposent pas dans le<br />
voisinage immédiat du cratère d'émission.<br />
Dans le Massif central, <strong>les</strong> cendres recouvrent une<br />
grande partie de la plaine de la Limagne <strong>et</strong> constituent<br />
<strong>les</strong> « terres noires de Limagne » caractérisées par leur<br />
très grande fertilité.<br />
Du fait de leur relatif éloignement des volcans, ces<br />
cendres n'entrent pas dans le cadre de notre présente<br />
étude.<br />
91
A l'état fluide<br />
EMISSION EXPLOSIVE<br />
DE LAVE<br />
Cendres Ponces Scories Bombes Blocs avec<br />
xénolithes<br />
POUZZOLANES<br />
<strong>Les</strong> ponces se présentent sous la forme de fragments<br />
solidifiés de magma, boursouflés <strong>et</strong> poreux. El<strong>les</strong> pro<br />
viennent des explosions violentes <strong>et</strong> se caractérisent<br />
principalement par la présence d'innombrab<strong>les</strong> p<strong>et</strong>i<br />
tes alvéo<strong>les</strong>, déforme régulière, <strong>et</strong> séparées entre el<strong>les</strong><br />
par de fines pellicu<strong>les</strong> de lave figée.<br />
La taille de ces échantillons demeure relativement<br />
modeste <strong>et</strong> n'excède guère que quelques centimètres<br />
(fig- 2).<br />
La formation de ces alvéo<strong>les</strong> très fins est due à la forte<br />
viscosité de la lave originelle qui interdit toute libéra<br />
tion des gaz expulsés dans le même temps. El<strong>les</strong> sont<br />
généralement séparées des cendres sous l'action du<br />
vent <strong>et</strong> r<strong>et</strong>ombent à proximité du volcan.<br />
Cependant el<strong>les</strong> se rencontrent en quantité relative<br />
ment faible dans le périmètre immédiat de la chemi<br />
née.<br />
<strong>Les</strong> scories sont des lambeaux de lave déchiqu<strong>et</strong>ée,<br />
dont la taille se situe généralement entre 1 <strong>et</strong> 3 cm,<br />
mais dont <strong>les</strong> plus gros éléments peuvent atteindre la<br />
dizaine de centimètres. El<strong>les</strong> se distinguent des pon<br />
ces par des formes <strong>et</strong> tai I<strong>les</strong> de vésicu<strong>les</strong> très variab<strong>les</strong>,<br />
séparées entre el<strong>les</strong> par des membranes de roches<br />
plus épaisses : de ce fait, el<strong>les</strong> sont beaucoup plus<br />
denses. Ces scories proviennent d'un magma plus<br />
fluide que précédemment, donc plus pauvre en gaz qui<br />
s'échappent assez facilement. El<strong>les</strong> constituent la ma<br />
jeure partie du tout-venant des gisements de pouzzo<br />
lanes (fig. 3).<br />
<strong>Les</strong> scories soudées représentent une variété particu<br />
lière, dont la formation est imputable à leur plasticité<br />
au moment de leur r<strong>et</strong>ombée sur le sol récepteur au<br />
quel el<strong>les</strong> se soudent. Si la plasticité de la lave est très<br />
élevée à c<strong>et</strong> instant, il peut y avoir production de blocs<br />
appelés « bouses de vache » qui se présentent sous la<br />
forme d'assi<strong>et</strong>tes dont <strong>les</strong> diamètres peuvent fluctuer<br />
entre 20 cm <strong>et</strong> 1 m (fig. 4).<br />
<strong>Les</strong> bombes sont également des lambeaux de lave,<br />
mais leur mode d'éjection d'une part, <strong>et</strong> leur rotation<br />
au cours du transfert aérien d'autre part, leur confè<br />
rent des formes arrondies <strong>et</strong> hélicoïda<strong>les</strong> plus ou<br />
moins allongées (fig. 5 <strong>et</strong> 6). Ce sont des matériaux<br />
très denses qui arrivent figés sur le sol récepteur, <strong>et</strong><br />
relativement proches de la cheminée d'éjection.<br />
Leur forme est en étroite relation avec la viscosité du<br />
magma qui <strong>les</strong> a engendrées (fig. 7).<br />
92<br />
A l'état solide<br />
(avec débris du socle)<br />
Fig. 1<br />
I BIZAC<br />
Lapilli<br />
cristallin<br />
Fig. 2 - Ponce brune<br />
du puy de Paugniat.<br />
/ ' M i t ? ,<br />
Fig. 3 - Aspect vésiculaire de scories de Haute-Loire.<br />
Fig.4- < Bouse de vache » soudée par une scorie à surface légèrement<br />
plissotée (puy de Peyrouse).<br />
Dans certaines conditions, la dilatation ultérieure du<br />
noyau confère un aspect de surface particulier aux<br />
bombes, aspect qui est comparable à celui d'une<br />
« croûte de pain » surcuite (fig. 8) ; de ce fait, ces<br />
bombes sont baptisées du nom de « bombes en croûte<br />
de pain ».<br />
Lorsque la viscosité du magma s'élève encore, <strong>les</strong><br />
bombes obtenues sont des bombes d'explosion qui<br />
revêtent des contours très irréguliers <strong>et</strong> déchiqu<strong>et</strong>és.
BOMBES<br />
Fig. 5 - Bombe piriforme recourbée<br />
(puy de Paugniat).<br />
Viscosité croissante du magma ••<br />
hélicoïda<strong>les</strong> piriforme globuleuse 'croûte de pain" d'explosion<br />
Fig. 8 - Bombe en «croûte de pain» du puy de Tenuss<strong>et</strong>.<br />
Fig. 9 - Inclusion granitique dans un bloc éjecté (puy de Paugniat).<br />
PRODUITS EMIS A L'ETAT SOLIDE<br />
Lorsque <strong>les</strong> laves sont émises à l'état solide ou exces<br />
sivement visqueux, des blocs ou éclats de la roche<br />
encaissante (généralement granitique) sont souvent<br />
arrachés <strong>et</strong> éjectés au cours des éruptions aériennes.<br />
<strong>Les</strong> produits qui en résultent se présentent générale<br />
ment sous la forme de noyaux de roches dits « xéno-<br />
lithiques » <strong>et</strong> enrobés de laves (fig. 9).<br />
Dans <strong>les</strong> cas des échantillons de gros <strong>et</strong> moyen cali<br />
bres, <strong>les</strong> noyaux xénolithiques sont principalement<br />
constitués de granités issus du socle ou d'autres ro<br />
ches affleurant dans la cheminée.<br />
<strong>Les</strong> lapilli sont un ensemble de p<strong>et</strong>ites pierres prove<br />
nant de la fragmentation de vieil<strong>les</strong> laves <strong>et</strong> de roches<br />
de la cheminée d'éjection. <strong>Les</strong> lapilli cristallins sont<br />
généralement recouverts d'une mince pellicule de lave<br />
noire, le plus souvent, <strong>et</strong> rouge parfois. Le calibre de<br />
ces échantillons est compris entre 1 <strong>et</strong> 5 centimètres.<br />
COULEUR DES POUZZOLANES<br />
Critères de coloration<br />
<strong>Les</strong> travaux de Kennedy sur l'équilibre des ions ferreux<br />
<strong>et</strong> ferriques dans <strong>les</strong> laves basaltiques montrent que la<br />
solution de Fe 20 3 dans une lave basaltique est très<br />
voisine d'une solution parfaite <strong>et</strong> que <strong>les</strong> rapports<br />
Fe + + /Fe + + + gardent un pouvoir représentatif dans<br />
ces laves, perm<strong>et</strong>tant ainsi de dégager des conclu<br />
sions physico-chimiques, après dosage de ce rapport<br />
dans <strong>les</strong> différentes laves.<br />
93
I BIZAC -<br />
Fig. 10 - Scories viol<strong>et</strong>tes<br />
du puy de Peyrouse (Haute-Loire).<br />
<strong>Les</strong> analyses chimiques réalisées sur <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
de provenances très différentes* tendent bien à mon<br />
trer que la couleur dominante de cel<strong>les</strong>-ci reste étroi<br />
tement liée au rapport des pourcentages pondéraux<br />
des oxydes ferreux <strong>et</strong> ferriques :<br />
f _ F e 0<br />
~ Fe 20 3<br />
— lorsque f est inférieur à 0,02, le taux de FeO devient<br />
inférieur à 2 % en poids des oxydes de fer ; on<br />
constate alors une coloration uniformément rouge<br />
pour <strong>les</strong> matériaux réduits à l'état de fines ;<br />
— lorsque f est voisin de 0,10, ce même taux de FeO<br />
monte vers 9 %en poids des oxydes de fer <strong>et</strong> la coloration<br />
vire au brun ;<br />
— dès que f atteint la valeur de 0,27, le taux de FeO est<br />
supérieur à 22 % <strong>et</strong> <strong>les</strong> produits sont uniformément<br />
noirs.<br />
Rappelons à c<strong>et</strong> eff<strong>et</strong> que dans le cas de l'hématite, le<br />
rapport f est nul <strong>et</strong> que, dans le cas de la magnétite,<br />
dont la couleur est franchement noire avec un éclat<br />
submétallique, ce rapport atteint la valeur de 0,45<br />
donnant ainsi un taux de FeO de l'ordre de 31 % en<br />
poids des oxydes de fer.<br />
Le bilan des analyses effectuées à ce jour montre<br />
que <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> <strong>les</strong> plus noires demeurent encore<br />
fort éloignées, au regard de leurs taux relatifs d'oxydes<br />
ferreux, des magnétites: feur composition stœchiométrique<br />
extrémale n'atteint que (Fe ?0 3 - 0,63 FeO),<br />
alors que la magnétite a une composition équimoléculaire<br />
(Fe 20 3- FeO).<br />
Partant de tous ces éléments, <strong>les</strong> oxydes de fer peuvent<br />
donc être r<strong>et</strong>enus comme «indicateurs colorés»<br />
des <strong>pouzzolanes</strong> puisqu'ils sont susceptib<strong>les</strong> de donner<br />
d'uti<strong>les</strong> renseignements sur <strong>les</strong> degrés d'oxydation<br />
atteints dans <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> rencontrées.<br />
Origine des colorations<br />
A. Rittmann estime que, du fait des températures élevées<br />
des bains magnétiques <strong>et</strong> du caractère fortement<br />
réducteur des gaz éruptifs, le fer se trouve au sein de<br />
ce magma à l'état divalent, donc sous la forme prédominante<br />
de composés ferreux. La preuve la plus récente<br />
à c<strong>et</strong>te hypothèse a été apportée en 1973 lors de<br />
l'éruption du Helgafell (Islande) où la ville de Heymaey<br />
fut partiellement comblée par des projections de cendres<br />
noires.<br />
* <strong>Les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> analysées sont assez représentatives de l'ensemble<br />
des projections volcaniques qui existent dans le monde puisqu'el<strong>les</strong><br />
proviennent de :<br />
— France (Auvergne, Velay, Vivarais <strong>et</strong> Bas-Languedoc) ;<br />
— Italie (Etna) ;<br />
— Madagascar <strong>et</strong> Réunion ;<br />
— Martinique <strong>et</strong> Guadeloupe ;<br />
— Afrique (Zaïre (Niragongo) <strong>et</strong> Ruanda).<br />
94<br />
Fig. 11 - Scories bleues, variété assez rare, ne se rencontrant que<br />
parmi <strong>les</strong> scories noires.<br />
Nous r<strong>et</strong>iendrons donc que <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> fraîchement<br />
produites sont essentiellement noires <strong>et</strong> que <strong>les</strong><br />
variétés de colorations n'apparaissent qu'au cours de<br />
phases évolutives postérieures à l'éruption même.<br />
D. Baudry <strong>et</strong> G. Camus pensent que le rougissement<br />
des scories est principalement dû à un phénomène<br />
calorifique qui favoriserait l'action oxydante de l'air<br />
sur ces scories ; expérimentalement, une scorie noire<br />
soumise à l'intérieur d'un four à une température de<br />
l'ordre de 1 000 °C prend une teinte rouge. <strong>Les</strong> auteurs<br />
précisent que le phénomène calorifique au sein d'un<br />
gisement peut être attaché soit à la présence d'une<br />
cheminée, soit à celle d'une coulée (sill de laves). Certaines<br />
observations sur le terrain viennent confirmer<br />
ces hypothèses.<br />
En outre, certaines altérations des scories peuvent se<br />
développer du fait de la présence d'éléments tels que<br />
le fer, le titane, le manganèse d'une part, <strong>et</strong> de celle de<br />
composés soufrés d'autre part.<br />
Il n'est donc pas rare de rencontrer des scories de<br />
couleur bleue, viol<strong>et</strong>te, blanche, jaune ou verte... mais<br />
ces colorations ne relèvent pas directement de processus<br />
liés au volcanisme (fig. 10 <strong>et</strong> 11).<br />
CONCLUSION<br />
La description des produits pyroclastiques susceptib<strong>les</strong><br />
de coexister au sein du gisement de <strong>pouzzolanes</strong><br />
pourrait nous conduire à penser que ce dernier n'est<br />
pas homogène : c<strong>et</strong>te conclusion risque cependant<br />
d'être un peu hâtive du fait que nous avons vu que la<br />
plus grande partie des matériaux n'était constituée<br />
que par des scories.<br />
De plus, l'extraction par boutage sur plusieurs entablements<br />
réduit considérablement le manque d'homogénéité<br />
qui est parfois constaté au front de taille ; <strong>et</strong><br />
c'est déjà un produit très homogénéisé qui arrive à<br />
l'installation de criblage <strong>et</strong> de réduction. De ce fait, le<br />
matériau élaboré est toujours un produit sensiblement<br />
homogène à la sortie d'une même carrière de <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
Par ailleurs, nous avons vu que la coloration des matériaux<br />
ne relevait que des variations du degré d'oxydation<br />
du fer présent <strong>et</strong> ne pouvait donc pas affecter la<br />
partie silicatée. De ce fait, le préjugé selon lequel <strong>les</strong><br />
<strong>pouzzolanes</strong> noires présenteraient une qualité plus<br />
médiocre que celle des <strong>pouzzolanes</strong> rouges est actuellement<br />
dénué de tout fondement.<br />
BIBLIOGRAPHIE<br />
[1] KERN R. <strong>et</strong> WEISBROD A., Thermodynamique de base pour<br />
minéralogistes pétrographes <strong>et</strong> géologues, Masson éd., Paris,<br />
1970.<br />
[2] RITTMANN A., <strong>Les</strong> volcans <strong>et</strong> leur activité, éd. française établie<br />
par Tazieff H., Masson éd., Paris, 1963.<br />
[3] BAUDRY D. <strong>et</strong> CAMUS G., <strong>Les</strong> projections volcaniques de la<br />
chaîne des Puys <strong>et</strong> leur utilisation, rapp. BRGM 70 SGN 61<br />
MCE, févr. 1971 (2 e<br />
édition).
Observation des <strong>pouzzolanes</strong><br />
au microscope électronique à balayage<br />
RÉSUMÉ<br />
M.-H. TINTURIER<br />
Assistante<br />
Service de chimie<br />
Laboratoire central<br />
La microscopie électronique à balayage a été utilisée pour tenter de différencier par<br />
leur texture <strong>les</strong> diverses <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
Si <strong>les</strong> faib<strong>les</strong> grossissements perm<strong>et</strong>tent de distinguer <strong>les</strong> ponces des scories, c<strong>et</strong>te<br />
technique s'est révélée assez décevante pour <strong>les</strong> investigations à plus fine échelle. La difficulté<br />
est liée d'une part à un mode de fracture de type transgranulaire qui ne révèle pas<br />
la forme externe des microlites <strong>et</strong> d'autre part au fait que <strong>les</strong> feldspaths présentent comme<br />
le verre une cassure d'aspect conchoïdal, ce qui ne perm<strong>et</strong> pas de caractériser la présence<br />
du verre.<br />
MOTS CLÉS : Pouzzolane - Microscope - Electronique - Texture (physicochim) -/Microscope<br />
électronique à balayage.<br />
L'examen macroscopique des diverses <strong>pouzzolanes</strong><br />
n'ayant pas permis la mise en évidence de différences<br />
essentiel<strong>les</strong>, pour descendre dans l'échelle des obser<br />
vations, nous avons fait appel à la microscopie élec<br />
tronique à balayage. Par c<strong>et</strong>te technique, on peut en<br />
principe visualiser <strong>les</strong> diverses cristallisations existant<br />
dans <strong>les</strong> échantillons <strong>et</strong> par suite <strong>les</strong> différencier.<br />
En outre, nous espérions pouvoir distinguer, par l'as<br />
pect conchoïdal des cassures, <strong>les</strong> parties vitreuses des<br />
parties cristallisées de façon à reconnaître, par la pré<br />
sence de verre, <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> réactives.<br />
Nos observations ont porté principalement sur des<br />
ponces <strong>et</strong> des scories provenant de cinq gisements du<br />
Massif central : Volvic, <strong>Les</strong> Dômes, Bizac, Thueyts <strong>et</strong><br />
Corent.<br />
TECHNIQUE OPERATOIRE<br />
Pour chaque gisement, nous avons choisi des échan<br />
tillons ayant l'aspect le plus représentatif possible,<br />
tant par la forme que par la couleur.<br />
Bull. Liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch. - 92 - nov.-déc. 1977 - Réf. 2114<br />
Si <strong>les</strong> cristallisations que l'on peut observer sur des<br />
surfaces naturel<strong>les</strong> ont sans doute une signification, il<br />
apparaît difficile de <strong>les</strong> extrapoler à la masse sous-<br />
jacente. C'est la raison pour laquelle nous avons géné<br />
ralement travaillé sur des fractures.<br />
<strong>Les</strong> échantillons ont donc été cassés peu de temps<br />
avant l'observation, de façon à avoir des fractures fraî<br />
ches n'ayant subi aucune altération. Ils ont ensuite été<br />
collés sur des porte-échantillons, puis métallisés à<br />
l'or-palladium avant d'être introduits dans le micros<br />
cope électronique à balayage.<br />
Naturel<strong>les</strong> ou non, <strong>les</strong> surfaces se présentent souvent<br />
sous une forme irrégulière, ce qui peut rendre parfois<br />
difficile l'observation au microscope malgré sa grande<br />
profondeur de champ. De plus, c<strong>et</strong>te difficulté peut<br />
être accentuée par le fait que la métallisation de ce<br />
type d'échantillons, aux formes hérissées, n'est pas tou<br />
jours uniforme; cela entraîne des eff<strong>et</strong>s de charges,<br />
c'est-à-dire une accumulation d'électrons sur certai<br />
nes plages <strong>et</strong> rend l'observation impossible.<br />
95
Le Stéréoscan Cambridge que nous avons utilisé perm<strong>et</strong><br />
d'avoir une vue de la surface à des grossissements<br />
allant de 20 à 20000. Pour pouvoir comparer <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
entre el<strong>les</strong>, nous avons été amenés à choisir<br />
trois grandissements standards qui nous ont paru <strong>les</strong><br />
mieux adaptés : le grandissement 50 montre l'aspect<br />
général de l'échantillon, celui de 1 000 la texture <strong>et</strong><br />
l'échelle des différents cristaux, <strong>et</strong> celui de 10 000 <strong>les</strong><br />
détails <strong>et</strong> en particulier <strong>les</strong> cassures.<br />
RESULTATS DES OBSERVATIONS<br />
Aspect général<br />
<strong>Les</strong> clichés obtenus au grossissement 50 perm<strong>et</strong>tent<br />
de classer l'aspect des <strong>pouzzolanes</strong> en deux types que<br />
l'on pourrait qualifier de « scoriacé » <strong>et</strong> de « ponceux<br />
».<br />
<strong>Les</strong> scories (fig. 1, 7, 13, 19, 22 <strong>et</strong> 25) révèlent en eff<strong>et</strong><br />
une uniformité d'aspect ; nous r<strong>et</strong>rouvons la présence<br />
de nombreuses vésicu<strong>les</strong> de dimensions variées <strong>et</strong> de<br />
formes arrondies qui ont servi à <strong>les</strong> caractériser à<br />
l'échelle macroscopique. <strong>Les</strong> figures 13 <strong>et</strong> 22 des scories<br />
de Thueyts « SPASE » <strong>et</strong> Thueyts « CAP » nous<br />
montrent bien c<strong>et</strong> aspect très particulier. Ces vésicu<strong>les</strong><br />
de section circulaire ont un diamètre variant entre 50<br />
<strong>et</strong> 500 (/m. La scorie de Bizac (fig. 19), de couleur<br />
noire, apparaît plus déchiqu<strong>et</strong>ée que celle de Volvic<br />
(fig. 1) ou que celle des Dômes (fig. 25).<br />
<strong>Les</strong> ponces (fig. 4,10,16 <strong>et</strong> 28) ont une structure cellulaire.<br />
<strong>Les</strong> alvéo<strong>les</strong> ont des sections généralement non<br />
circulaires mais aux formes douces <strong>et</strong> semblent communiquer<br />
entre eux. L'aspect général des ponces est<br />
moins compact que celui des scories ; el<strong>les</strong> sont, en<br />
eff<strong>et</strong>, moins denses car el<strong>les</strong> proviennent d'un magma<br />
plus visqueux <strong>et</strong> donc plus riche en gaz. Sur <strong>les</strong> clichés,<br />
on peut voir que la dimension des alvéo<strong>les</strong> est à<br />
96<br />
Grandissement 50<br />
1 cm = 200 firn<br />
peu près uniforme pour un même échantillon, mais<br />
assez différente d'un échantillon à l'autre. Pour la<br />
ponce de Volvic (fig. 4), elle est de l'ordre de 50 ^m.<br />
Pour cel<strong>les</strong> de Corent (fig. 16) <strong>et</strong> des Dômes (fig. 28),<br />
toutes deux de couleur rouge, elle atteint en moyenne<br />
100 ^m. L'échantillon de Bizac (fig. 10), sélectionné à<br />
l'œil nu comme ponce, présente un aspect plutôt proche<br />
de celui des scories.<br />
Sur une ponce de Corent (fig. 16), nous observons une<br />
concrétion sphérique. Son analyse par diffraction de<br />
rayons X nous a permis de montrer qu'il s'agissait de<br />
calcite, mais cela est une particularité qui n'a pas été<br />
r<strong>et</strong>rouvée sur d'autres échantillons. Il en est de même<br />
pour le cristal de quartz que l'on peut observer sur la<br />
ponce de Volvic (fig. 4).<br />
Texture<br />
Grandissement 1 000<br />
1 cm = 10 um<br />
Scorie de Volvic grise<br />
C'est au grandissement 1 000 que l'on peut avoir une<br />
idée de la texture de la pâte. Sur ces clichés nous<br />
espérions visualiser <strong>les</strong> cristallisations existantes, <strong>les</strong><br />
différencier <strong>et</strong> déterminer leur dimension. Mais le résultat<br />
est assez décevant à c<strong>et</strong> égard car la plupart des<br />
échantillons nous montrent un aspect assez compact<br />
sans formes précises (fig. 2,5,8,11,14,17 <strong>et</strong> 20). C<strong>et</strong>te<br />
relative homogénéité apparaît très n<strong>et</strong>tement sur <strong>les</strong><br />
clichés quels que soient la provenance des <strong>pouzzolanes</strong>,<br />
leur aspect, scorie ou ponce, leur couleur. Cela<br />
vient du fait que la cassure est transgranulaire (fracture<br />
du grain lui-même) <strong>et</strong> souvent d'aspect conchoïdal,<br />
de sorte que la cristallisation ne ressort que de<br />
façon très imprécise. Cela rend l'exploitation des clichés<br />
assez difficile, mais perm<strong>et</strong> toutefois de déterminer<br />
l'échelle de la granulation qui est de l'ordre de<br />
10 fivn. On peut noter également sur la ponce de Volvic<br />
(fig. 5) la texture plus alvéolaire de la pâte, comme<br />
nous l'avait déjà montré le grandissement 50 où <strong>les</strong><br />
alvéo<strong>les</strong> de faib<strong>les</strong> dimensions semblaient communiquer<br />
entre eux.<br />
Grandissement 10000<br />
1 cm = 1 /jm<br />
Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3
Grandissement 50<br />
1 cm = 200 «m<br />
Grandissement 1 000<br />
1 cm = 10 (im<br />
Ponce de Volvic grise<br />
Grandissement 10000<br />
1 cm = 1 fim<br />
Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6<br />
Scorie des Dômes multicolore<br />
Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9<br />
Ponce de Bizac rouge<br />
Fig. 10 Fig. 11 Fig. 12<br />
97
98<br />
Grandissement 50<br />
1 cm = 200 firn<br />
Grandissement 1 000<br />
1 cm = 10 um<br />
Scorie de Thueyts «SPASE» rouge<br />
Grandissement 10000<br />
1 cm = 1 firn<br />
Fig. 13 Fig. 14 Fig. 15<br />
Ponce de Corent rouge<br />
Fig. 16 Fig. 17 Fig. 18<br />
Scorie de Bizac noire<br />
Fig. 19 Fig. 20 Fig. 21
Grandissement 50<br />
1 cm = 200 ftm<br />
Grandissement 1 000<br />
1 cm = 10 um<br />
Scorie de Thueyts «CAP» rouge<br />
Grandissement 10000<br />
1 cm = 1 «m<br />
Fig. 22 Fig. 23 Fig. 24<br />
Scorie des Dômes noire<br />
Fig. 25 F i 9- 2 6 F i g -<br />
2 7<br />
99
Cependant, nous avons observé quelques cas de frac<br />
tures intergranulaires qui perm<strong>et</strong>tent la mise en évi<br />
dence de bel<strong>les</strong> cristallisations, en particulier sur une<br />
ponce noire des Dômes (fig. 29). <strong>Les</strong> cristaux de 5 /
Dosage de la phase vitreuse<br />
dans <strong>les</strong> matériaux pouzzolaniques<br />
RÉSUMÉ<br />
J. MILLET<br />
Assistante<br />
R. HOMMEY<br />
Technicien supérieur<br />
F. BRIVOT<br />
Technicienne<br />
Service de chimie<br />
Laboratoire central<br />
Il est possible de doser la phase vitreuse dans <strong>les</strong> matériaux pouzzolaniques par<br />
diffractométrie des rayons X, la surface de la bande diffuse due au verre étant proportionnelle<br />
à sa teneur.<br />
En se référant à une droite d'étalonnage établie avec des mélanges synthétiques<br />
d'obsidienne <strong>et</strong> d'un feldspath, on a pu faire ce dosage sur diverses <strong>pouzzolanes</strong> italiennes<br />
<strong>et</strong> françaises. Alors que <strong>les</strong> premières contiennent jusqu'à 65 % de phase vitreuse, <strong>les</strong> secondes<br />
ont un pourcentage de verre qui ne dépasse généralement pas 20 % <strong>et</strong> qui peut être nul dans<br />
un certain nombre de cas.<br />
MOTS CLÉS : Pouzzolane - Phase vitreuse - Dosage (chim) - Rayon X - Diffraction.<br />
De nombreuses études effectuées sur <strong>les</strong> matériaux à<br />
caractère pouzzolanique—cendres volantes, <strong>pouzzolanes</strong><br />
— laissent penser qu'il y a une relation entre<br />
l'activité pouzzolanique <strong>et</strong> la quantité de phase vitreuse<br />
présente dans le matériau, [1], [2], [3].<br />
Nous avons cherché à mesurer par diffractométrie de<br />
rayons X l'importance de c<strong>et</strong>te phase vitreuse dans<br />
divers matériaux pouzzolaniques, en particulier dans<br />
des <strong>pouzzolanes</strong> du Massif central déjà étudiées par<br />
ailleurs [4], [5], [6].<br />
On sait que <strong>les</strong> verres sont des solides où <strong>les</strong> atomes ne<br />
sont pas disposés de façon régulière comme dans <strong>les</strong><br />
cristaux; ils se répartissent autour d'un centre à des<br />
distances répondant à une distribution de probabilité,<br />
mais ces distances ne sont pas quelconques, el<strong>les</strong><br />
sont voisines de cel<strong>les</strong>, bien précises, qui séparent <strong>les</strong><br />
mêmes atomes dans <strong>les</strong> corps cristallisés de même<br />
composition [7].<br />
<strong>Les</strong> diagrammes de diffraction aux rayons X de tels<br />
matériaux présentent, non pas des raies fines, mais<br />
des bandes plus ou moins diffuses dont <strong>les</strong> somm<strong>et</strong>s<br />
correspondent, grosso modo, aux raies principa<strong>les</strong> de<br />
diffraction de la même phase cristallisée.<br />
Bull. Liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch. - 92 - nov.-déc. 1977 - Réf. 2019<br />
Une étude préliminaire réalisée sur des mélanges synthétiques<br />
verre/phase cristalline nous a montré que,<br />
pour des conditions expérimenta<strong>les</strong> déterminées, la<br />
bande de diffraction due à la phase vitreuse avait une<br />
surface directement proportionnelle à la quantité de<br />
verre présente. Nous avons appliqué c<strong>et</strong>te méthode au<br />
dosage de la phase vitreuse dans <strong>les</strong> matériaux pouzzolaniques.<br />
Pour l'étalonnage, le choix de la phase vitreuse de<br />
référence n'est pas quelconque ; celle-ci doit avoir une<br />
composition minéralogique assez proche de la phase<br />
vitreuse contenue dans <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong>, de façon à ce<br />
que <strong>les</strong> profils géométriques des bandes de diffraction<br />
s'inscrivent dans la même région du diagramme.<br />
Globalement, <strong>les</strong> diverses <strong>pouzzolanes</strong> du Massif central<br />
étudiées ont des compositions qualitatives assez<br />
voisines <strong>les</strong> unes des autres (tableauI). Ce sont des<br />
matériaux où dominent <strong>les</strong> plagioclases du type andésite<br />
<strong>et</strong> qui ne contiennent pas de silice libre. De ce fait,<br />
le choix des composants des mélanges synthétiques<br />
s'est porté:<br />
1. sur une obsidienne, verre naturel d'origine volcanique.<br />
101
TABLEAU I<br />
Composition minéralogique des matériaux<br />
peuzzolaniques étudiés<br />
Matériaux<br />
pouzzolaniques<br />
Pouzzolanes du<br />
Massif central<br />
Volvic<br />
Bizac<br />
<strong>Les</strong> Dômes<br />
Thueyts<br />
Corent<br />
Pouzzolanes<br />
italiennes<br />
h<br />
12<br />
f<br />
Minéraux<br />
dominants<br />
andésine<br />
andésine - augite -<br />
olivine<br />
andésine<br />
plagioclases - diopside<br />
andésine - augite -<br />
olivine - magn<strong>et</strong>ite<br />
feldspaths potassiques<br />
feldspathoïdes (leucite)<br />
feldspaths potassiques<br />
(sanidine)<br />
eldspathoîdes (analcime )<br />
diopside<br />
Trass quartz - feldspaths<br />
potassiques - pyroxenes<br />
(diopside)<br />
Basaltes<br />
Puy du Mur<br />
Mu rate 1<br />
Rhyolite<br />
de Lusclade<br />
diopside<br />
néphèline<br />
plagioclases<br />
(labradorite)<br />
diopside<br />
phase vitreuse<br />
Minéraux<br />
secondaires<br />
augite - hornblende<br />
magn<strong>et</strong>ite - biotite -<br />
chlorite<br />
néphèline - hématite<br />
augite - olivine -<br />
oxydes de fer<br />
forsterite - hématite<br />
hornblende - néphèline -<br />
hématite - biotite -<br />
montmorillonite<br />
micas<br />
micas (biotite)<br />
micas - chlorites<br />
plagioclase<br />
augite - hornblende -<br />
trémolite - olivine -<br />
oxydes de fer<br />
feldspaths alcalins -<br />
analcime - minéraux<br />
micacés - chlorite<br />
anorthoclase<br />
(feldspaths Na K)<br />
2. sur une oligoclase, plagioclase assez proche de<br />
l'andésine (« Microvit» fourni par la Société «Norve-<br />
gian Talc» de Bergen).<br />
<strong>Les</strong> compositions chimiques <strong>et</strong> minéralogiques des<br />
minéraux étudiés sont données dans <strong>les</strong> tableaux I,<br />
II,Il bis <strong>et</strong> III.<br />
Sept mélanges synthétiques à teneur croissante en<br />
obsidienne (10-20-30-40-50-75 <strong>et</strong> 100 %) ont été<br />
préparés <strong>et</strong> étudiés sur le diffractomètre Philips<br />
PW 1310, avec le rayonnement «a du cobalt, un comp<br />
teur proportionnel <strong>et</strong> des conditions expérimenta<strong>les</strong><br />
précises*.<br />
Pour chaque échantillon, la surface de la bande de<br />
diffraction principale a été déterminée en calculant<br />
simplement la surface du triangle inscrit dans la bande<br />
située sous <strong>les</strong> raies des plagioclases entre 18 <strong>et</strong> 40°/2
1,2-<br />
TABLEAU IV<br />
Dosage de la phase vitreuse<br />
dans <strong>les</strong> matériaux pouzzolaniques<br />
% /o<br />
Matériau de phase vitreuse de phase vitreuse<br />
pouzzolanique mesuré par déterminé par<br />
diffraction X analyse modale<br />
Pouzzolane'de Volvic 20—22 26<br />
Pouzzolane de Bizac s* 5<br />
Pouzzolane des Dômes 22-*-23<br />
Pouzzolane de Thueyts 0<br />
Pouzzolane de Corent sa 0<br />
Pouzzolanes italiennes<br />
h 51<br />
63<br />
Trass allemand 23<br />
Basalte de Muratel 0 0<br />
Basalte du puy du Mur 7 42<br />
Rhyolite de Lusclade 92 85<br />
On notera que, si le trass allemand a une teneur en<br />
phase vitreuse très proche de celle des <strong>pouzzolanes</strong><br />
de Volvic <strong>et</strong> des Dômes (20-23 %), par contre, <strong>les</strong><br />
<strong>pouzzolanes</strong> italiennes en contiennent beaucoup plus<br />
(50-60 %).<br />
La rhyolite de Lusclade est pratiquement vitreuse.<br />
Pour certains échantillons: <strong>basaltes</strong>, rhyolite, pouzzo<br />
lane de Volvic, le pourcentage de verre a également<br />
été estimé par analyse modale sur lames extra-minces.<br />
5C<br />
Fig. 1 - Mélange synthétique obsidienne/oligoclase à 50 %<br />
d'obsidienne.<br />
2 9"<br />
î*, 12. îo iï,. 4s »1/ iû Vi<br />
10 000<br />
5 000<br />
1 000<br />
S (mm !<br />
I I<br />
20 40 50 75 100<br />
Obsidienne (%|<br />
Fig. 2 - Courbe d'étalonnage - Surface de la bande de diffraction en<br />
fonction de la teneur en phase vitreuse (% d'obsidienne).<br />
103
Sauf dans le cas du basalte du puy du Mur <strong>les</strong> recou<br />
pements sont satisfaisants.<br />
CONCLUSION<br />
Il est possible de doser la phase vitreuse dans <strong>les</strong><br />
matériaux pouzzolaniques par diffractométrie de<br />
rayons X: la surface de la bande diffuse due au verre<br />
est directement proportionnelle à la teneur en phase<br />
vitreuse. Cependant, <strong>les</strong> matériaux de référence,<br />
c'est-à-dire ceux avec <strong>les</strong>quels est établie la courbe<br />
d'étalonnage, doivent avoir une composition minéralogique<br />
proche de celle des matériaux à étudier. L'obsidienne,<br />
verre volcanique naturel, convient au dosage<br />
de la phase vitreuse des <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
Nous avons pu établir ainsi qu'il y avait de grandes<br />
différences entre <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> italiennes <strong>et</strong> cel<strong>les</strong><br />
du Massif central. <strong>Les</strong> premières contiennent 50 à<br />
65 %de phase vitreuse; <strong>les</strong> secondes ont un pourcentage<br />
de verre très variable: parfois nul (Corent,<br />
Thueyts), il ne dépasse jamais 23 % (Volvic, <strong>Les</strong> Dômes).<br />
On voit donc que la connaissance obtenue par diffraction<br />
des rayons X de la teneur en phase vitreuse perm<strong>et</strong><br />
104<br />
d'effectuer des classements, mais qu'elle pourrait également<br />
perm<strong>et</strong>tre d'établir des relations entre c<strong>et</strong>te<br />
teneur <strong>et</strong> <strong>les</strong> propriétés mécaniques <strong>et</strong> chimiques des<br />
matériaux pouzzolaniques.<br />
BIBLIOGRAPHIE<br />
[1] HOKUBU M., YAMADA i.,Fly ash cements, VI Congrès int.<br />
Chimie du Ciment, Moscou, 1974 (Communication principale).<br />
[2] MASSAZZA F., Chemistry ofpozzolanic additions and misced<br />
cements, VI E Congrès int. Chimie du Ciment, Moscou, 1974<br />
(Communication principale).<br />
[3] COSTA U., MASSAZZA F.,Factors affecting the reaction with<br />
lime ofpozzolanas, VI E Congrès int. Chimie du Ciment, Moscou,<br />
1974, (Communication supplémentaire C VI 4).<br />
[4] MILLET J., HOMME Y R., Etude minéralogique des pâtes<br />
<strong>pouzzolanes</strong> - chaux,Bull, liaison Labo. P. <strong>et</strong> C, 74, nov.-déc.<br />
1974, p. 59-63.<br />
[5] DRON R., BRIVOT F., Bases minéralogiques de sélection des<br />
<strong>pouzzolanes</strong> (présent bull<strong>et</strong>in).<br />
[6] TINTURIER M.-H., Observation des <strong>pouzzolanes</strong> au microscope<br />
électronique à balayage (présent bull<strong>et</strong>in).<br />
[7] TRICHET J., Etude pétrographique de la structure des verres<br />
volcaniques, Bull. Soc. géol. de France, (7) XI, 1969, p. 762-769.<br />
Rédigé en novembre 1976.<br />
»
Bases minéralogiques de sélection<br />
des <strong>pouzzolanes</strong><br />
RÉSUMÉ<br />
R. DRON<br />
Docteur ingénieur<br />
F. BRIVOT<br />
Technicienne<br />
Service de chimie<br />
Laboratoire central<br />
A la différence des <strong>pouzzolanes</strong> italiennes qui sont des trachytes alcalins ou des<br />
phonolites leucitiques à base de feldspaths alcalins <strong>et</strong> de leucite, <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> françaises<br />
sont soit des andésites, soit des téphrites à base de plagioclases <strong>et</strong> de faib<strong>les</strong> quantités de<br />
néphéline.<br />
Le calcul de la composition minéralogique potentielle ou norme est possible à partir<br />
de l'analyse chimique. Il perm<strong>et</strong> de montrer que la teneur en verre est d'autant plus élevée<br />
que <strong>les</strong> feldspaths sont moins calciques. C<strong>et</strong>te corrélation peut être expliquée par le fait que<br />
<strong>les</strong> feldspaths alcalins cristallisent difficilement <strong>et</strong> que, par refroidissement rapide, ils ont<br />
tendance à donner des verres. Un critère chimique simple de sélection est proposé.<br />
MOTS CLÉS : Pouzzolane - France - Composition du mélange - Minéralogie • Analyse<br />
chimique - Calcul • Phase vitreuse - Feldspath - Alcalin.<br />
Comme on vient de le voir <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> naturel<strong>les</strong><br />
sont constituées de pyroclastites, fragments de<br />
magma proj<strong>et</strong>és dans l'atmosphère sous la violence de<br />
l'éruption <strong>et</strong> refroidis au cours de leur parcours aérien.<br />
C<strong>et</strong>te genèse, qui s'apparente à la granulation du lai<br />
tier de haut fourneau, est, en partie du moins, respon<br />
sable de la présence de verre, par un eff<strong>et</strong> de trempe dû<br />
à une vitesse de refroidissement relativement grande.<br />
Elle différencie <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> des <strong>basaltes</strong>, roches<br />
cohérentes résultant du refroidissement du même<br />
magma s'épanchant sous forme de lave, <strong>et</strong> qui seraient<br />
à c<strong>et</strong> égard à rapprocher du laitier concassé.<br />
L'analogie pouzzolane-laitier granulé s'arrête là, car il<br />
n'y a pas de commune mesure entre <strong>les</strong> «degrés de<br />
vitrosité» de l'un <strong>et</strong> l'autre matériau, <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
comportant toujours, à la différence des laitiers, une<br />
importante partie cristallisée. On peut alors se poser la<br />
question de savoir pourquoi des <strong>pouzzolanes</strong> sembla<br />
b<strong>les</strong> sur le plan de la morphologie, donc ayant subi a<br />
priori une «granulation» identique, peuvent avoir des<br />
Bull. Liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch. - 92 - nov.-déc. 1977 - Réf. 2115<br />
teneurs en verre très différentes <strong>et</strong> pourquoi, à l'in<br />
verse, certaines coulées basaltiques comportent une<br />
phase vitreuse importante.<br />
On est amené à soupçonner une intervention détermi<br />
nante de la composition du magma, alors qu'il s'agit<br />
d'un facteur accessoire dans le cas du laitier. Comme il<br />
y a identité entre la composition brute du magma initial<br />
<strong>et</strong> celle du produit solidifié, l'analyse élémentaire<br />
constitue un élément d'appréciation facilement ac<br />
cessible. Elle est malheureusement a priori rigoureu<br />
sement ininterprétable du fait que toutes <strong>les</strong> teneurs<br />
varient, <strong>et</strong> qu'il n'y a pas de raison logique pour attri<br />
buer aux écarts sur un élément plutôt qu'un autre la<br />
différence du «degré de vitrosité».<br />
<strong>Les</strong> raisons de c<strong>et</strong> écueil nous apparaissent mieux<br />
après coup. En réalité, le verre est ce qui reste quand<br />
tout ce qui devait cristallisera cristallisé. Si nous vou<br />
lons comprendre un tant soit peu <strong>les</strong> raisons de sa<br />
présence, nous devons r<strong>et</strong>rouver l'ordre des cristalli<br />
sations <strong>et</strong> par conséquent aborder le problème par<br />
l'analyse minéralogique.<br />
105
RAPPELS SUR LA COMPOSITION MINERALOGIQUE<br />
DES ROCHES VOLCANIQUES<br />
La composition minéralogique des roches volcaniques<br />
est déterminée par la composition chimique du<br />
magma qui leur a donné naissance, c<strong>et</strong>te composition<br />
chimique étant elle-même le résultat de « l'histoire» du<br />
magma considéré.<br />
Selon Rittmann [1] auquel nous emprunterons la plupart<br />
des données volcanologiques de c<strong>et</strong> article, le<br />
magma primaire profond dit «subcrustal» a une composition<br />
fixe, correspondant à celle d'un basalte à olivine.<br />
Une différenciation s'opère au cours de sa montée<br />
à travers <strong>les</strong> fissures abyssa<strong>les</strong>, essentiellement<br />
selon deux processus. Le premier de ces processus<br />
consiste en un phénomène dit d'assimilation, c'està-dire<br />
en la dissolution de la roche encaissante par le<br />
magma en fusion. Le second, appelé différenciation<br />
gravitative, est lié à la sédimentation de cristaux d'olivine<br />
déjà formés à ce stade, ce minéral apparaissant à<br />
l'état solide dès que la température descend en dessous<br />
de 1800 °C. C<strong>et</strong>te séparation a pour eff<strong>et</strong> d'appauvrir<br />
le liquide magmatique en éléments constitutifs<br />
de l'olivine.<br />
Lorsqu'il parvient à la surface, le magma a atteint une<br />
certaine composition chimique qui va déterminer la<br />
composition minéralogique de la roche résultant de<br />
son refroidissement. La commune origine des<br />
magmas fait que <strong>les</strong> mêmes minéraux constitutifs se<br />
r<strong>et</strong>rouvent d'une roche volcanique à une autre, <strong>les</strong><br />
différences étant affaire de proportion relative plutôt<br />
que de nature. Aussi va-t-on systématiquement r<strong>et</strong>rouver<br />
deux famil<strong>les</strong> fondamenta<strong>les</strong> de minéraux silicates:<br />
celle des composantssialiques où, comme l'indique<br />
leur nom, la silice <strong>et</strong> l'alumine dominent, <strong>et</strong> celle<br />
des composants fémiques où l'on trouve surtout du fer<br />
<strong>et</strong> du magnésium.<br />
1 - <strong>Les</strong> composants sialiques comprenant le quartz <strong>et</strong><br />
<strong>les</strong> alumino-silicates alcalins <strong>et</strong> alcalino-terreux. On<br />
distingue:<br />
a) <strong>Les</strong> feldspaths qui sont des solutions solides entre<br />
trois composés définis fondamentaux :<br />
— l'orthose (Or) K Al Si 30 8<br />
— l'albite (Ab) Na Al Si 30 8<br />
— l'anorthite (An) Ca Al Si 20 8<br />
<strong>Les</strong> solutions solides albite-orthose constituent <strong>les</strong><br />
feldspaths alcalins.<br />
<strong>Les</strong> solutions solides albite-anorthite constituent <strong>les</strong><br />
plagioclases auxquels on a donné <strong>les</strong> noms suivants :<br />
— oligoclase pour 10 à 30 % d'anorthite;<br />
— andésine pour 30 à 50 % d'anorthite;<br />
— labradorite pour 50 à 70 % d'anorthite;<br />
— bytownite pour 70 à 90 % d'anorthite.<br />
L'orthose <strong>et</strong> l'anorthite ne sont pas miscib<strong>les</strong>.<br />
Le système ternaire orthose-albite-anorthite (f ig. 1 ) est<br />
donc au maximum biphasé (dans la lacune de miscibilité<br />
prolongeant la démixion anorthite-orthose).<br />
b) <strong>Les</strong> feldspathoïdes sont trouvés dans <strong>les</strong> roches<br />
dont la composition est déficitaire en silice par rapport<br />
à celle des feldspaths.<br />
106<br />
Fig. 1 - Composition <strong>et</strong> dénomination des feldspaths.<br />
<strong>Les</strong> deux principaux feldspathoïdes sont la néphéline<br />
Na Al Si04 <strong>et</strong> la leucite K Al Si04.<br />
c) Le quartz est au contraire présent dans <strong>les</strong> roches<br />
dans <strong>les</strong>quel<strong>les</strong> la silice est excédentaire par rapport à<br />
c<strong>et</strong>te composition.<br />
Quartz <strong>et</strong> feldspathoïdes s'excluent donc mutuellement.<br />
2 - <strong>Les</strong> composants fémiques sont des silicates<br />
contenant soit du magnésium, soit du fer, soit l'un <strong>et</strong><br />
l'autre. <strong>Les</strong> plus répandus sont <strong>les</strong>pyroxènes tels que<br />
le diopside Ca Mg Si 20 6 dans lequel le fer peut partiellement<br />
se substituer au magnésium. L'hédenbergite<br />
Ca Fe Si 20 6 représente le terme extrême de la série<br />
(fis- 2)-<br />
ut, / ^<br />
Diopside<br />
Héden<br />
bergite<br />
/ Salite Ferrosalite \ \ \<br />
/ i / \v°\<br />
Augi te Ferroaugite \ ^ \<br />
\ A- \<br />
/ -5 // / \% \<br />
Clinoenstatite<br />
E 7/ /<br />
1 0 2 0<br />
En / J. L—<br />
Mg2 [ISiO,) ] 2<br />
/ Aug ite subcalcique Ferroaugite subcalcique\<br />
Pigeonite<br />
Clinobypersthène<br />
Ferrosilite<br />
Enstatite<br />
Orthoferrosilite<br />
T Bronzi te Hypersthène Ferrohypersthènt Eu lite<br />
0 10<br />
50<br />
6 5<br />
80 90 je, [ISIOjlJ<br />
Mg2 [ISi0 3 )i] Fe 2 [(SIOj) 2 ;<br />
Fig. 2-Classification des pyroxènes en pourcentages moléculaires de<br />
wollastonlte (Wo), enstatite (En) <strong>et</strong> ferrosilite (Fs).
t CO<br />
1890<br />
1700<br />
1500<br />
1300 -<br />
1100<br />
0<br />
Forstérite<br />
c<br />
a<br />
e<br />
1 1 V 1 1 1 1 1 »<br />
20 | 40 60<br />
Ferro- iHortonolitei Hyalohortonolitel<br />
1 sidérite<br />
1205<br />
80<br />
] Chrysolite i Fayalite<br />
Fig. 3 - Mode de solidification d'une solution solide d'après l'exemple<br />
d'un mélange de forstérite (Fo) <strong>et</strong> de fayalite (Fa).<br />
La même substitution est observable dans \esolivines<br />
à partir de la forstérite MggSiC}, jusqu'à la fayalite<br />
Fe2Si04 (fig. 3).<br />
3 - <strong>Les</strong> minéraux autres que <strong>les</strong> composants sialiques<br />
<strong>et</strong> fémiques sont qualifiés â'accessoires. Ils<br />
comprennent essentiellement <strong>les</strong> oxydes de fer Fe 30 4<br />
(magnétite) <strong>et</strong> Fe 20 3 (hématite), l'ilménite FeTi03 <strong>et</strong><br />
des minéraux hydroxylés tels que <strong>les</strong> amphibo<strong>les</strong>, <strong>les</strong><br />
micas, <strong>et</strong>c.<br />
NOMENCLATURE ET CLASSIFICATION DES<br />
ROCHES VOLCANIQUES<br />
Il y a cent ans on distinguait entre el<strong>les</strong> <strong>les</strong> roches<br />
volcaniques à l'œil nu d'après leur couleur, leur texture<br />
<strong>et</strong>, lorsque c'était possible, la nature des phénocristaux.<br />
Ainsi se créa une nomenclature empirique<br />
qui s'affina avec l'évolution des méthodes d'observation<br />
au microscope polarisant <strong>et</strong> qui fut codifiée par<br />
Rosenbusch dont le système de classification a servi<br />
de base aux systèmes modernes, depuis celui de Lacroix<br />
datant de 1902 jusqu'à celui de Niggli [2] mis au<br />
point dans la décennie qui précéda la seconde guerre<br />
mondiale. Niggli a proposé de représenter la composition<br />
des roches volcaniques en ne considérant dans<br />
un premier temps que <strong>les</strong> composants sialiques.<br />
Ceux-ci forment un système qui comporte au maximum<br />
trois phases, à savoir:<br />
— un plagioclase,<br />
— un feldspath alcalin,<br />
— un feldspathoïde ou du quartz.<br />
<strong>Les</strong> deux systèmes ternaires possib<strong>les</strong> sont représentab<strong>les</strong><br />
par deux triang<strong>les</strong> accolés par leur base. Le<br />
triangle supérieur correspond au système<br />
plagioclase-feldspath alcalin-quartz <strong>et</strong> le triangle inférieur<br />
au système plagioclase-feldspath alcalinfeldspathoïde.<br />
Niggli ne tira pas <strong>les</strong> conséquences de c<strong>et</strong>te représentation<br />
dans l'élaboration de son système de classification,<br />
qui n'est pas à l'abri du reproche de complication<br />
qu'on pouvait faire aux systèmes antérieurs. Il appar<br />
tenait à Rittmann de franchir ce pas. Nous emprunterons<br />
à H. Tazieff ces lignes extraites de l'avant-propos<br />
qu'il écrivait en 1962 pour la traduction française de<br />
l'ouvrage fondamental de Rittmann Vulkane und ihre<br />
Tätigkeit:<br />
«La Classification adoptée (par Rittmann) est basée<br />
sur le système minéralogique de Lacroix, mais Rittmann,<br />
magmatologue <strong>et</strong> non minéralogiste, est plus<br />
avide de saisir <strong>les</strong> grandes lois de la genèse des roches<br />
que curieux de rar<strong>et</strong>és qui ne leur sont qu'exception ;<br />
aussi est-ce une nomenclature simple, réduite à l'essentiel<br />
qu'il conserve, débarrassée du fouilli ahurissant<br />
des appellations d'espèces <strong>et</strong> de variétés qui encombrent<br />
certaines classifications pétrographiques. »<br />
Dans la classification de Rittmann, que nous utiliserons<br />
dans le présent article, <strong>les</strong> triang<strong>les</strong> de Niggli sont<br />
divisés en un certain nombre de domaines (fig. 4),<br />
eux-mêmes subdivisés en champs (fig. 5), ce qui défi-<br />
Feldspaths t<br />
alcalins<br />
Quartz<br />
Feldspathoi'des<br />
Plagioclases<br />
Fig. 4 - Le double<br />
triangle de Niggli.<br />
10<br />
Fig. 5 - Subdivisions<br />
des classes IV <strong>et</strong> VI.<br />
107
TABLEAU I<br />
Classe IV : Roches volcaniques andésitiques<br />
<strong>et</strong> basaltiques<br />
Champ 9 a) famille des trachyandésites (20-40) <strong>et</strong><br />
b) famille des trachy<strong>basaltes</strong> (40-75)<br />
Champ 10 a) famille des andésites (20-40) <strong>et</strong><br />
b) famille des <strong>basaltes</strong> (40-75)<br />
Classe VI : Roches volcaniques téphritiques<br />
Champ 13 a) famille des téphrites phonolitiquesànéphéline<br />
(20-40)<br />
b) famille des téphrites phonolitiques à leucite<br />
(20-40)<br />
Champ 14 a) famille des téphrites néphéniliques (30-50)<br />
b) famille des leucitéphrites (30-50)<br />
nit des classes <strong>et</strong> des sous-classes. Il y a enfin deux<br />
famil<strong>les</strong> par sous-classe, par la prise en considération<br />
de la teneur en minéraux fémiques, selon que c<strong>et</strong>te<br />
teneur est supérieure ou inférieure à la moyenne de la<br />
sous-classe considérée.<br />
La position du point représentatif des minéraux siali-<br />
ques d'une part, <strong>et</strong> la teneur en minéraux fémiques<br />
d'autre part définissent donc entièrement la place de la<br />
roche dans la classification <strong>et</strong>, par suite, de façon<br />
univoque, sa désignation dans une nomenclature, hé<br />
ritée des sytèmes antérieurs <strong>et</strong> codifiée par un tableau<br />
de correspondance. A titre d'exemple le tableau I indi<br />
que la nomenclature des roches des classes IV <strong>et</strong> VI<br />
dans <strong>les</strong>quel<strong>les</strong>, nous le verrons, se placent <strong>les</strong> pouz<br />
zolanes françaises.<br />
ANALYSE PAR DIFFRACTION<br />
DES RAYONS X<br />
Des spécimens très divers collectés dans cinq gise<br />
ments de <strong>pouzzolanes</strong> du Massif central (Volvic, <strong>Les</strong><br />
Dômes, Bizac, Thueyts, Corent) ont été soumise l'ana<br />
lyse diffractométrique X.<br />
Origine<br />
<strong>Les</strong><br />
Dômes<br />
Nombre<br />
d'échantillons<br />
TABLEAU II<br />
Le dépouillement des diffractogrammes est assez dif<br />
ficile étant donné la multiplicité des raies présentes <strong>et</strong><br />
la fréquence des superpositions.<br />
On constate que pour un site donné, <strong>les</strong> minéraux<br />
décelés sont d'une façon générale indépendants du<br />
type morphologique du spécimen étudié, ce qui per<br />
m<strong>et</strong> de conclure à une relative homogénéité des gise<br />
ments.<br />
Par ailleurs, la couleur est toujours liée à la nature de<br />
l'oxyde de fer présent: selon qu'il s'agit de magnétite<br />
Fe 20 4 ou d'hématite Fe 20 3, la coloration est noire ou<br />
rouge.<br />
<strong>Les</strong> données analytiques essentiel<strong>les</strong> sont résumées<br />
dans le tableau II, abstraction faite d'un certain nom<br />
bre de singularités sur <strong>les</strong>quel<strong>les</strong> notre attention avait<br />
été attirée (phénocristaux, inclusions visib<strong>les</strong> à l'œil<br />
nu, <strong>et</strong>c.), mais qui demeurent isolées <strong>et</strong> sans significa<br />
tion générale.<br />
Ce tableau fait clairement apparaître, à l'exception de<br />
trois «curiosités», l'absence de quartz. Il s'agit là<br />
d'une conclusion formelle, car ce minéral est décela<br />
ble avec une grande sensibilité au moyen des rayons X,<br />
sans interférence possible.<br />
Comme nous l'avons vu plus haut, l'absence de quartz<br />
est due au fait que la silice totale des phases sialiques<br />
est déficitaire par rapport à la composition des felds-<br />
paths (sauf cas particulier où elle serait dans le rapport<br />
exact). Elle implique donc la présence d'un felds-<br />
pathoîde.<br />
La leucite doit être exclue d'une part parce que ses<br />
raies sont absentes des diagrammes de rayons X <strong>et</strong><br />
d'autre part parce qu'elle est instable thermodynami-<br />
quement en présence d'albite ou de plagioclase. Le<br />
seul feldspathoïde stable dans c<strong>et</strong> environnement <strong>et</strong><br />
compatible avec l'analyse diffractométrique est la né-<br />
phéline, dont la raie la plus intense (à 3,00 Â) est mal<br />
heureusement superposée avec celle du diopside.<br />
<strong>Les</strong> feldspaths sont toujours des plagioclases dont la<br />
nature peut varier à l'intérieur d'un même gisement.<br />
Quartz Feldspaths Feldspathoìdes Pyroxenes Olivine<br />
10 néant<br />
sauf 1 cas<br />
plagioclases :<br />
de oligoclase<br />
à labradorite<br />
1 cas orthose<br />
en inclusion<br />
Corent 9 néant plagioclases :<br />
de oligoclase<br />
à labradorite<br />
1 cas sanidine<br />
en inclusion<br />
Volvic 4 néant<br />
sauf 1 cas<br />
Bizac 6 néant<br />
sauf 1 cas<br />
non décè<strong>les</strong> diopside moyen<br />
sauf 1 cas<br />
néphéline diopside fort<br />
1 cas<br />
ferrohypersthène<br />
Minéraux<br />
accessoires<br />
forstérite amphibole<br />
(1 cas)<br />
mica (6 cas)<br />
forstérite amphibole<br />
(5 cas)<br />
mica (7 cas)<br />
montmorillonite<br />
(4 cas)<br />
calcite (1 cas)<br />
labradorite non décè<strong>les</strong> diopside faible néant mica<br />
amphibole<br />
de labradorite<br />
à bytownite<br />
1 cas anorthose<br />
1 cas orthose<br />
Verre<br />
23 %<br />
0<br />
22 %<br />
néphéline diopside moyen forstérite 5 %<br />
Thueyts 6 néant bytownite néphéline diopside fort forstérite 0<br />
108
Toutes <strong>les</strong> variétés de plagioclase, depuis l'andésine<br />
jusqu'à la bytownite <strong>et</strong> même l'anorthite sont trouvées<br />
dans <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
<strong>Les</strong> pyroxènes sont toujours présents, sous forme de<br />
diopside CaMgSi206. Par ailleurs, une olivine, la forstérite<br />
Mg2Si04 est systématiquement trouvée, à une<br />
exception près (Volvic).<br />
<strong>Les</strong> minéraux accessoires sont surtout <strong>les</strong> amphibo<strong>les</strong>,<br />
assez fréquents, des micas <strong>et</strong> dans le cas de la<br />
pouzzolane de Corent une montmorillonite provenant<br />
vraisemblablement d'un processus d'altération <strong>et</strong> une<br />
calcite d'origine évidemment extra-volcanique.<br />
La diffraction des rayons X perm<strong>et</strong> par ailleurs de m<strong>et</strong>tre<br />
en évidence la présence d'une phase vitreuse, plus<br />
ou moins importante suivant <strong>les</strong> échantillons [3].<br />
EXPLOITATION DE L'ANALYSE CHIMIQUE<br />
<strong>Les</strong> données de rayons X sont insuffisantes pour situer<br />
exactement <strong>les</strong> roches dans <strong>les</strong> classifications modernes<br />
car el<strong>les</strong> ne sont pas quantitatives. En particulier,<br />
el<strong>les</strong> ne perm<strong>et</strong>tent pas de chiffrer <strong>les</strong> teneurs en<br />
feldspathoïdes <strong>et</strong> en composants fémiques nécessaires<br />
au repérage dans <strong>les</strong> triang<strong>les</strong> de Niggli.<br />
Nous allons voir que l'exploitation de l'analyse chimique<br />
perm<strong>et</strong> de faire c<strong>et</strong>te discrimination <strong>et</strong> qu'elle apporte<br />
par ailleurs des informations nouvel<strong>les</strong>.<br />
L'analyse chimique aété utilisée, en particulier par <strong>les</strong><br />
américains Cross, Iddings, Pirsson <strong>et</strong> Washington<br />
(système CIPW) [4] <strong>et</strong> par Niggli lui-même pour calculer<br />
la composition minéralogique des roches magmatiques,<br />
<strong>et</strong> en déduire leur place dans la classification.<br />
C<strong>et</strong>te composition théorique, appelée «norme»<br />
s'écarte dans bien des cas de la composition réelle ou<br />
«mode» établie par examen de lames minces au microscope<br />
polarisant <strong>et</strong> a pour c<strong>et</strong>te raison été très<br />
critiquée par de nombreux pétrographes. Il s'agit en<br />
réalité d'une fausse querelle <strong>et</strong> <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> en<br />
sont une bonne illustration : la norme correspond à ce<br />
que seraient ces systèmes s'ils étaient en équilibre<br />
thermodynamique; le mode (approché par l'étude diffractométrique)<br />
reflète la composition du système réel<br />
qui, pour des raisons diverses (rapidité du refroidissement<br />
par exemple), a été fixé dans un état hors<br />
équilibre. La comparaison du mode <strong>et</strong> de la norme est<br />
pour c<strong>et</strong>te raison extrêmement instructive.<br />
1 - Calcul du nombre de phases des systèmes en<br />
équilibre<br />
On sait que la variance des systèmes en équilibre est<br />
donnée par la règle de Gibbs:<br />
v = c + 2 — 9<br />
— c est le nombre de constituants indépendants; il<br />
sera ici égal au nombre d'oxydes trouvés par analyse<br />
chimique.<br />
— tp est le nombre de phases.<br />
— v est la variance, c'est-à-dire le nombre de paramètres<br />
qui peuvent varier (composition des phases, pression,<br />
température). Si nous fixons la pression <strong>et</strong> la<br />
température, la formule de Gibbs se réduit à<br />
V = C — 9<br />
Le nombre de phases est maximal quand la variance<br />
est nulle, c'est-à-dire que la composition de toutes <strong>les</strong><br />
phases (seul paramètre restant) est fixée à l'avance.<br />
C'est le cas si <strong>les</strong> phases sont formées d'espèces chimiques<br />
définies. On peut voir que dans ces conditions<br />
c =f, c'est-à-dire que le nombre de phases est égal au<br />
nombre d'oxydes de l'analyse chimique.<br />
Le nombre de phases diminue d'une unité quand une<br />
des phases a une composition non fixée à l'avance.<br />
C'est le cas qui se présente lorsqu'il y a formation<br />
d'une solution solide binaire (c'est-à-dire entre deux<br />
composés définis); la composition de c<strong>et</strong>te phase<br />
s'ajuste sur la composition globale.<br />
Le nombre de phases diminue de deux unités quand il<br />
y a deux solutions binaires, ou encore une solution<br />
solide ternaire.<br />
2 - Nature des phases en présence<br />
La règle de Gibbs ne peut rien nous apprendre sur la<br />
nature des phases, qui résulte de relations thermodynamiques<br />
dont on n'a a priori aucune idée. Il faut faire<br />
intervenir ici <strong>les</strong> données de l'expérience <strong>et</strong> de la littérature.<br />
<strong>Les</strong> minéraux trouvés par diffractométrie X ont des<br />
chances de faire partie des phases stab<strong>les</strong>. Si nous<br />
adm<strong>et</strong>tons ce postulat, critiquable d'ailleurs, nous<br />
pouvons faire le décompte des minéraux trouvés <strong>et</strong> le<br />
comparer au nombre de phases calculé.<br />
Dans le cas des <strong>pouzzolanes</strong> du Massif central, l'analyse<br />
chimique donne, pourun bilancomprisentre99<strong>et</strong><br />
100 %, <strong>les</strong> constituants suivants:<br />
chaux, silice, alumine, magnésie, oxyde de sodium,<br />
oxyde de potassium, oxyde de fer <strong>et</strong> oxyde de titane,<br />
soit huit constituants.<br />
L'analyse diffractométrique révèle la présence de quatre<br />
espèces: plagioclases, diopside, forstérite, hématite.<br />
Toutes <strong>les</strong> phases ayant une composition définie, à<br />
l'exception des plagioclases qui sont des solutions<br />
solides ternaires, le système est bivariant <strong>et</strong> par<br />
conséquent le nombre de phases est égal à 6. Deux<br />
phases ne sont donc pas décelées par <strong>les</strong> rayons X. La<br />
littérature nous apprend que l'une d'el<strong>les</strong> est l'ilménite<br />
FeTi03 forme sous laquelle se trouve le titane dans <strong>les</strong><br />
roches volcaniques [5]. Compte tenu des éléments<br />
restants, la dernière phase est nécessairement soit le<br />
quartz soit un feldspathoïde. Nous adm<strong>et</strong>trons, pour<br />
<strong>les</strong> raisons invoquées plus haut, que ce feldspathoïde<br />
est la néphéline sodique.<br />
Dans ces conditions, il y a concordance entre le nombre<br />
théorique de phases <strong>et</strong> le nombre réel. La détermination<br />
de la proportion de chacune des phases est<br />
alors une simple affaire de résolution d'un système de<br />
huit équations linéaires à huit inconnues.<br />
<strong>Les</strong> calculs peuvent être faits à la main, car la matrice<br />
comporte de nombreux zéros, mais ils sont malgré<br />
tout fastidieux <strong>et</strong> il vaut mieux avoir recours à l'informatique.<br />
Grâce à la collaboration de F. X. Deloye,<br />
nous avons pu résoudre le problème au moyen du<br />
programme «minéraux» qu'il a mis au point [6].<br />
3. Organigramme du calcul<br />
Le calcul consistant en la résolution d'un système linéaire<br />
avec autant d'équations que d'inconnues, il au-<br />
109
ait pu être effectué au moyen d'un programme algébrique<br />
de routine. Le programme LCPC «minéraux»<br />
présente l'avantage de s'appuyer sur une logique chimique<br />
qui perm<strong>et</strong>, à chaque stade, de donner une<br />
signification aux différentes opérations. L'organigramme<br />
que nous avons choisi suit d'assez près l'ordre<br />
de cristallisation du magma.<br />
L'alumine n'étant présente que dans <strong>les</strong> feldspaths <strong>et</strong><br />
<strong>les</strong> feldspathoïdes* où elle est associée à raison d'un<br />
atome Al par équivalent Na, Kou 1/2 Ca, on commence<br />
par faire la somme de ces équivalents dont on r<strong>et</strong>ranche<br />
le nombre d'atomes d'aluminium. La différence<br />
trouvée représente l'excès de calcium qui va servir à<br />
former le diopside en consommant un atome de magnésium<br />
par atome de calcium. Le magnésium restant<br />
est affecté à la forstérite.<br />
On revient alors aux feldspaths <strong>et</strong> feldspathoïdes <strong>et</strong> on<br />
affecte la totalité du potassium à l'orthose. Restent<br />
sodium, aluminium (en quantité correspondant au sodium)<br />
<strong>et</strong> silice (déduction faite de celle des minéraux<br />
déjà calculés). Ce système de deux équations à deux<br />
inconnues (albite <strong>et</strong> néphéline) est résolu par un raisonnement<br />
par fausse supposition.<br />
4. Application de la méthode aux échantillons<br />
moyens de cinq gisements<br />
Nous avons réalisé des échantillons moyens par mélange<br />
pondéré des différents spécimens en notre possession,<br />
en éliminant toutefois ceux qui présentaient<br />
des singularités flagrantes <strong>et</strong> récoltés comme tels,<br />
ainsi que <strong>les</strong> parties altérées qui nous auraient apporté<br />
d'inuti<strong>les</strong> complications.<br />
Ces échantillons ont été analysés par voie chimique<br />
après fusion au tétraborate de lithium, qui assure une<br />
attaque complète. Parallèlement, on a effectué le<br />
spectre de diffraction des rayons X. <strong>Les</strong> résultats sont<br />
donnés dans <strong>les</strong> tableaux III, IV, V**.<br />
TABLEAU III - Analyse chimique (%)<br />
Volvic <strong>Les</strong> Dômes Bizac Thueyts Corent<br />
SiO, 53,00 47,00 44,95 43,40 43,00<br />
Al 20 3 16,00 12,40 14,55 14,00 13,40<br />
Fe 20 3 9,94 13,00 13,22 12,05 13,00<br />
Ti0 2 2,12 2,88 2,97 2,96 4,00<br />
CaO 7,52 10,52 9,88 10,80 11,82<br />
MgO 2,99 8,30 7,20 9,47 7,59<br />
Nap 4,84 3,12 3,30 3,36 2,80<br />
K 20 2,52 1,58 1,62 1,50 1,76<br />
Perte au feu 0,59 0,58 2,09 2,63 2,25<br />
Total 99,52 99,38 99,78 100,17 99,62<br />
Anorthite<br />
Albite<br />
Orthose<br />
TABLEAU V<br />
Composition minéralogique calculée (%)<br />
Volvic <strong>Les</strong> Dômes Bizac Thueyts Corent<br />
14,46<br />
39,01<br />
14,91<br />
15,14<br />
22,15<br />
9,35<br />
20,08<br />
19,46<br />
9,58<br />
18,66<br />
10,22<br />
8,87<br />
18,77<br />
9,01<br />
10,41<br />
Total feldspaths 60,38 46,64 49,12 37,75 38,19<br />
Néphéline 1,03 2,29 4,57 9,85 7,94<br />
Total sialiques 61,41 48,93 53,69 47,60 46,13<br />
Diopside<br />
Forstérite<br />
17,77<br />
0<br />
28,81<br />
5,19<br />
22,51<br />
5,31<br />
27,16<br />
3,23<br />
31,01<br />
7,77<br />
Total fémiques 17,77 34,00 27,82 30,39 38,78<br />
Hématite<br />
llménite<br />
TABLEAU IV - Analyse diffractométrique<br />
7,82<br />
4,03<br />
10,10<br />
5,51<br />
10,25<br />
5,64<br />
9,00<br />
7,60<br />
9,09<br />
5,62<br />
Total accessoires 11,85 15,51 15,89 16,60 14,71<br />
5 - Détermination des famil<strong>les</strong> pétrographiques<br />
<strong>Les</strong> compositions étant maintenant définies qualitativement<br />
<strong>et</strong> quantitativement, il n'y a pas de difficultés<br />
pour préciser <strong>les</strong> famil<strong>les</strong> auxquel<strong>les</strong> appartiennent <strong>les</strong><br />
cinq <strong>pouzzolanes</strong> étudiées. On doit d'abord déterminer<br />
la nature des feldspaths. Il faut pour cela calculer le<br />
pourcentage d'anorthite (An), d'albite (Ab) <strong>et</strong> d'orthose<br />
(Or) rapporté au total feldspaths. <strong>Les</strong> résultats<br />
sont donnés dans le tableau VI.<br />
Dans le triangle représentatif de la composition des<br />
feldspaths (fig. 6), <strong>les</strong> points figuratifs se placent dans<br />
le domaine monophasé des plagioclases. Il n'y a donc<br />
pas de feldspaths alcalins (en tant que phase).<br />
On doit ensuite placer dans le triangle de Niggli le<br />
point représentatif de la composition des minéraux<br />
sialiques (fig. 7), ce qui oblige à calculer le pourcentage<br />
de néphéline rapporté au total des minéraux sialiques,<br />
soit <strong>les</strong> résultats du tableau VII.<br />
TABLEAU VI<br />
Volvic <strong>Les</strong> Dômes Bizac Thueyts Corent<br />
An (%) 24 33 41 50 49<br />
Ab (%) 51 47 39 27 24<br />
Or (%) 25 20 20 23 27<br />
TABLEAU VU<br />
Volvic <strong>Les</strong> Dômes Bizac Thueyts Corent<br />
Néphéline (%) 1,7 4,2 8,5 21 17<br />
Plagioclases (%) 98,3 95,8 91,5 79 83<br />
Feldspaths aie. 0 0 0 0 0<br />
Volvic <strong>Les</strong> Dômes Bizac Thueyts Corent<br />
Plagioclases fort fort fort fort fort<br />
Quartz absence absence absence absence absence<br />
Néphéline non décelé non décelé présence présence présence<br />
Diopside faible moyen moyen fort moyen<br />
Forstérite absence moyen faible fort moyen<br />
Ox. de fer présence présence présence présence présence<br />
Verre (%) 20 à 22 22 à 23 5 0 0<br />
* Rappel des formu<strong>les</strong> des minéraux: Albite: NaAISi308, Orthose: KAiSi 30 8, Anorthite: Ca Al2 Si 3 Os, Néphéline: Na Al Si 0„ Diopside: CaMgSi206,<br />
Forstérite: Mg2 Si0 4.<br />
** Analyses effectuées par Mme Hautbout sous la direction de M. Louvrier.<br />
110
Par suite de l'absence de feldspaths alcalins en tant<br />
que phase, le système sialique est biphasé, <strong>et</strong> le point<br />
représentatif de sa composition se situe sur la ligne Pf,<br />
d'autant plus près de P qu'il y a moins de néphéline. La<br />
frontière des classes IV <strong>et</strong> VI se trouvant à 10 % de<br />
feldspathoïdes, on en conclut que <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> de<br />
Volvic, des Dômes <strong>et</strong> de Bizac appartiennent à la<br />
classe IV (plus précisément dans le champ 10) <strong>et</strong> que<br />
cel<strong>les</strong> de Thueyts <strong>et</strong> de Corent sont à rattacher à la<br />
classe VI, champ 14.<br />
Compte tenu de la teneur en minéraux fémiques on<br />
peut voir en se reportant au tableau de nomenclature<br />
que <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> de Volvic, des Dômes <strong>et</strong> de Bizac<br />
sont des andésites (fémiques inférieurs à 40) tandis<br />
que cel<strong>les</strong> de Thueyts <strong>et</strong> de Corent sont des téphrites<br />
néphéliniques.<br />
INTERPRÉTATION<br />
DES RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX<br />
La position relative des points figuratifs des cinq<br />
<strong>pouzzolanes</strong> étudiées dans <strong>les</strong> deux représentations<br />
est assez remarquable. Dans le triangle des feldspaths,<br />
ils dessinent un arc sur lequel ils se trouvent placés<br />
dans l'ordre suivant: Volvic, <strong>Les</strong> Dômes, Bizac,<br />
Thueyts, Corent. Dans le triangle de Niggli, ils sont<br />
placés dans le même ordre à une inversion près entre<br />
Thueyts <strong>et</strong> Corent.<br />
Signalons que l'ordre des tableaux de résultats a initia<br />
lement été défini par <strong>les</strong> teneurs en silice, classées<br />
dans l'ordre des valeurs décroissantes. Or, on<br />
constate que c<strong>et</strong> ordre est le même que celui trouvé<br />
sur le triangle de Niggli. On remarquera qu'en ce qui<br />
concerne <strong>les</strong> feldspaths, l'inversion de classement<br />
disparaît si l'on prend en compte le seul pourcentage<br />
d'anorthite dans <strong>les</strong> feldspaths.<br />
La coïncidence des classements par <strong>les</strong> trois critères<br />
(teneur brute en silice, teneur potentielle en anorthite<br />
ou en néphéline) n'est pas absolument inattendue.<br />
Elle confirme en fait une «évidence» pétrographique<br />
<strong>et</strong> pourrait passer pour une conséquence purement<br />
mathématique du mode de calcul adopté, la silice<br />
ayant dans <strong>les</strong> équations un poids supérieur aux au<br />
tres constituants. Le fait qu'au moins il n'y ait pas<br />
contradiction nous semble une justification méthodo<br />
logique qui n'est pas à négliger. Mais il y a plus, on<br />
constate en eff<strong>et</strong> que la teneur en verre, déterminée<br />
sur <strong>les</strong> mêmes échantillons, suit également le même<br />
ordre décroissant, <strong>et</strong> c<strong>et</strong>te remarque pourrait bien<br />
constituer la clé du problème que nous nous étions<br />
initialement posé.<br />
<strong>Les</strong> trois paramètres (teneur brute en silice, teneur<br />
potentielle en anorthite <strong>et</strong> en néphéline) étant liés, la<br />
teneur en verre est corrélée à chacun d'entre eux. La<br />
corrélation avec la teneur brute en silice, familière aux<br />
pétrographes pour des roches géographiquement <strong>et</strong><br />
minéralogiquement éloignées <strong>les</strong> unes des autres<br />
s'imposait avec beaucoup moins d'évidence pour des<br />
minéraux a priori aussi voisins <strong>les</strong> uns des autres que<br />
le sont <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> du Massif central. Par ailleurs,<br />
nous pensons que la relation de cause à eff<strong>et</strong> n'est pas<br />
directe, mais qu'elle passe par l'intermédiaire de la<br />
teneur potentielle en anorthite. On peut en eff<strong>et</strong> expli-<br />
Fig. 6 - Composition potentielle des feldspaths (V Volvic, D <strong>Les</strong> Dômes,<br />
B Bizac, T Thueyts, C Corent).<br />
Fig. 7 - Composition<br />
potentielle des<br />
composants sialiques(représentation<br />
de Niggli<br />
(V Volvic, D <strong>Les</strong><br />
Dômes, B Bizac,<br />
T Thueyts, C Corent).<br />
quer rationnellement la formation de verre par une<br />
faible teneur potentielle en anorthite grâce aux consi<br />
dérations suivantes:<br />
— Au cours du refroidissement du magma, <strong>les</strong> plagio-<br />
clases qui cristallisent <strong>les</strong> premiers ont, par rapport<br />
au feldspath «potentiel», une composition enri<br />
chie en anorthite. La phase liquide s'enrichit corré<br />
lativement en composants alcalins (fig. 8).<br />
— Nous formulons l'hypothèse que le verre se forme<br />
par suite de la plus grande difficulté de cristallisa<br />
tion des feldspaths alcalins par rapport à l'anor-<br />
thite.<br />
— <strong>Les</strong> données de la littérature rendent plausible<br />
c<strong>et</strong>te hypothèse. La synthèse de l'anorthite fut réa<br />
lisée dès 1915 par Rankin [7]. Il opérait au voisinage<br />
du point de fusion <strong>et</strong> la cristallisation était com<br />
plète. Jander <strong>et</strong> Pétri [8] l'ont obtenue plus tard à<br />
des températures beaucoup plus basses. Schairer<br />
<strong>et</strong> Bowen [9] sont parvenus en 1938 à faire naître<br />
des cristaux d'albite, mais ils avaient dû pour cela<br />
recuire pendant cinq années à 1 025 °C un verre de<br />
composition NaAISi 30 8. Pour l'orthose, ils renon<br />
cèrent au bout de six mois.<br />
m
Un autre argument est tiré de la composition de l'obsidienne<br />
riche en silice <strong>et</strong> en alcalins <strong>et</strong> pauvre en chaux.<br />
Enfin <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> italiennes, dans <strong>les</strong>quel<strong>les</strong> on<br />
trouve des teneurs en verre très élevées, sont soit des<br />
trachytes alcalins (<strong>pouzzolanes</strong> napolitaines), soit des<br />
leucitites (<strong>pouzzolanes</strong> romaines), c'est-à-dire qu'el<strong>les</strong><br />
sont riches en alcalins <strong>et</strong> pauvres en chaux [10].<br />
On pourrait alors transposer de la façon suivante le<br />
critère maintenant généralement admis selon lequel la<br />
qualité d'une pouzzolane est liée à sa teneur en verre :<br />
la qualité d'une pouzzolane est liée à une composition<br />
potentielle pauvre en anorthite <strong>et</strong> riche en feldspaths<br />
alcalins.<br />
La composition potentielle n'étant obtenue qu'à partir<br />
d'analyses complètes <strong>et</strong> au prixd'un calcul pourlequel<br />
on peut difficilement se passer d'un ordinateur, on<br />
peut chercher à simplifier ce critère pour la pratique<br />
courante. Dans le cas de <strong>pouzzolanes</strong> du Massif central,<br />
il semble qu'on puisse se limiter à la détermination<br />
des teneurs en silice <strong>et</strong> en chaux. En eff<strong>et</strong>, on s'aperçoit<br />
en analysant le calcul informatique que ce sont<br />
essentiellement ces deux données qui influent sur le<br />
résultat de teneur en anorthite. Nous proposons<br />
pour la pratique courante de calculer la différence<br />
Si02 — CaO, facile à déterminer par <strong>les</strong> méthodes<br />
chimiques courantes. Le tableau VIII donne <strong>les</strong> valeurs<br />
de c<strong>et</strong>te différence pour <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> étudiées.<br />
TABLEAU VIII<br />
Volvic <strong>Les</strong> Dômes Bizac Thueyts Corent<br />
Verre (%) 22 22 5 0 0<br />
An (-/ )<br />
(%)<br />
) 24 33 41 50 49<br />
Si02--CaO (%) 45,5 36,5 35,0 32,6 31,2<br />
On voit qu'il existe, aux environs de 34 %, une valeur<br />
seuil de la différence Si02 — CaO, au-dessous de<br />
laquelle <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> ne comportent pas de<br />
phase vitreuse.<br />
CONCLUSION<br />
<strong>Les</strong> composants sialiques des <strong>pouzzolanes</strong> du Massif<br />
central sont <strong>les</strong> plagioclases <strong>et</strong> la néphéline, ce qui<br />
perm<strong>et</strong> de placer ces matériaux dans la classe des<br />
roches volcaniques andésitiques <strong>et</strong> basaltiques ou<br />
dans celle des roches volcaniques téphritiques, selon<br />
l'importance relative de la néphéline. <strong>Les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
françaises diffèrent donc essentiellement des <strong>pouzzolanes</strong><br />
italiennes qui sont des trachytes alcalins ou des<br />
phonolites leucitiques à base de feldspaths alcalins <strong>et</strong><br />
de leucite.<br />
<strong>Les</strong> autres minéraux importants consistent en un pyroxène,<br />
le diopside, <strong>et</strong> une olivine, la forstérite. On<br />
trouve aussi accessoirement des oxydes de fer, l'hématite<br />
(rouge) <strong>et</strong> la magnétite (noire), qui conditionnent<br />
la couleur de la pouzzolane, également de l'ilménite<br />
ou oxyde mixte de fer <strong>et</strong> de titane <strong>et</strong> parfois des<br />
amphibo<strong>les</strong>.<br />
Le calcul de la composition normative, justifiée par la<br />
règle des phases, est possible à partir de l'analyse<br />
chimique. Elle perm<strong>et</strong> de chiffrer la teneur potentielle<br />
de ces minéraux <strong>et</strong> de classer <strong>les</strong> roches.<br />
112<br />
t (°o<br />
] (% poids)<br />
l l i l I *-<br />
0 20 40 60 80 100<br />
Albite Anorthite<br />
Fig. 8 - Diagramme d'équilibre des plagioclases (d'après Bowen,<br />
1913).<br />
Nous avons pu montrer que la teneur en verre, à laquelle<br />
est liée l'activité pouzzolanique, est en relation<br />
étroite avec la composition potentielle des plagioclases,<br />
<strong>et</strong> qu'elle diminue avec la proportion d'anorthite.<br />
Cela explique que la partie vitreuse a une composition<br />
enrichie en éléments alcalins <strong>et</strong> qu'elle s'apparente<br />
aux verres des <strong>pouzzolanes</strong> italiennes <strong>et</strong> à l'obsidienne,<br />
ce qui justifie l'utilisation de c<strong>et</strong>te dernière<br />
comme élément de référence pour le dosage de la<br />
phase vitreuse au moyen des rayons X.<br />
Un critère chimique simple peut être proposé pour la<br />
sélection des <strong>pouzzolanes</strong> sur la base de leur teneur<br />
en phase vitreuse: il s'agit de la différence entre <strong>les</strong><br />
teneurs brutes en silice <strong>et</strong> en chaux, facile à déterminer<br />
par <strong>les</strong> méthodes chimiques courantes. Lorsque<br />
c<strong>et</strong>te différence est inférieure à une valeur seuil, voisine<br />
de 34 %, <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> ne comportent pas de<br />
phase vitreuse. Ce critère semble, en fonction des<br />
élémentsen notre possession, pouvoirêtreétendu aux<br />
<strong>basaltes</strong>.<br />
BIBLIOGRAPHIE<br />
[1] RITTMANN A., <strong>Les</strong> volcans <strong>et</strong> leur activité, édit. française<br />
établie par TAZIEFF H., Masson éd., Paris, 1963.<br />
[2] NIGGLI P., Loi des phases en minéralogie <strong>et</strong> pétrographie,<br />
Act. Sc., Paris, 1938.<br />
[3] MILLET J., HOMMEY R. <strong>et</strong> BRIVOT F., Dosage de la phase<br />
vitreuse dans <strong>les</strong> matériaux pouzzolaniques (présent<br />
bull<strong>et</strong>in).<br />
[4] CROSS W., IDDINGS W., PIRSSON L. <strong>et</strong> WASHINGTON M.S.,<br />
Quantitative classification of the igneous rocks, Chicago<br />
University Press, 1903.<br />
[5] AUBOUINJ., BROUSSER. <strong>et</strong> LEHMANJ.P.,Précisde Géologie,<br />
T. 1, Dunod éd., 1968.<br />
[6] DELOYE F.X., Analyse minéralogique des bétons durcis,<br />
Bull, liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch., 89, mai-juin 1977, p. 25-32.<br />
[7] RANKIN, Amer. J. Sei. 4th Ser., 39, 1, 1915.<br />
[8] jANDER<strong>et</strong> PETRI,Zeit. Electrochemie, 44, 747, 1938.<br />
[9] SCHAIRER, BOWEN, Amer. J. Sei., 35 A - 289, 1938.<br />
[10] MASSAZZA F., Chemistry of pozzolanic additions and misced<br />
cements, VI Congrès int. Chimie du Ciment, Moscou,<br />
1974.
POUZZOLANES ET BASALTES<br />
Estimation de l'activité pouzzolanique<br />
Recherche d'un essai<br />
RÉSUMÉ<br />
R. LARGENT<br />
Ex-stagiaire au Laboratoire central<br />
L'examen critique de l'essai de pouzzolanicité selon la norme ISO montre que celui-ci<br />
n'apporte qu'une information qualitative, ce qui restreint fortement son intérêt.<br />
<strong>Les</strong> essais, accélérés ou non, qui perm<strong>et</strong>tent de chiffrer le degré d'avancement de la<br />
réaction pouzzolanique en fonction du temps ou pour un temps conventionnel, semblent mieux<br />
adaptés à la caractérisation des matériaux.<br />
<strong>Les</strong> essais mécaniques de longue durée restent le complément indispensable des essais<br />
chimiques.<br />
MOTS CLÉS : 32 - Essai - Ciment - Pouzzolane - Additif - Activité (physicochim.) - Chaux -<br />
Cinétique - Réaction (chim.) - Résistance (mater.) - Mécanique - Hydratation.<br />
La production de ciments contenant des ajouts pouzzolaniques<br />
tend actuellement à se développer, ce qui<br />
répond au souci de valoriser <strong>les</strong> ressources naturel<strong>les</strong><br />
abondantes <strong>et</strong> économiques que constituent <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
<strong>et</strong> <strong>les</strong> sous-produits industriels, tel<strong>les</strong> <strong>les</strong> cendres<br />
volantes de centra<strong>les</strong> thermiques dont la réutilisation<br />
n'est encore que partielle. C<strong>et</strong>te évolution de la<br />
composition des ciments doit s'accompagner de la définition<br />
des normes nouvel<strong>les</strong> en cours d'élaboration,<br />
tant au niveau national qu'européen. Elle nécessite en<br />
conséquence la mise au point d'essais appropriés qui<br />
doivent s'appuyer sur une connaissance suffisante des<br />
processus mis en jeu au cours de l'hydratation.<br />
Le professeur Massazza au 6 e Congrès international de<br />
la Chimie du Ciment [1] a défini <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
comme un matériau naturel ou artificiel riche en silice<br />
<strong>et</strong> alumine capable:<br />
1. de réagir avec la chaux en présence d'eau,<br />
2. de former par c<strong>et</strong>te réaction des produits aux propriétés<br />
liantes.<br />
Bull. Liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch. - 93 - janv.-févr. 1978 - Réf. 2143<br />
C<strong>et</strong>te définition peut servir de guide <strong>et</strong> perm<strong>et</strong>tre de<br />
distinguer, selon que l'on s'appuiera sur sa première ou<br />
sa seconde partie, deux catégories d'essais qui tendront<br />
soit à caractériser l'intensité ou simplement<br />
l'existence de la réaction pouzzolanique, soit à m<strong>et</strong>tre<br />
en évidence la formation de produits d'hydratation<br />
spécifiques <strong>et</strong> plus précisément de prouver que ces<br />
produits ont une influence sur <strong>les</strong> caractéristiques mécaniques<br />
du système. Le premier type d'essais se rattachera<br />
essentiellement à des déterminations chimiques,<br />
tandis que le second s'appuiera plutôt sur des mesures<br />
physiques <strong>et</strong> plus particulièrement sur <strong>les</strong> résistances<br />
mécaniques.<br />
1. Caractérisation de la fraction pouzzolanique<br />
Une première approche consiste à chercher à caractériser<br />
dans le ciment la présence de matière qui manifeste<br />
potentiellement l'aptitude de réagir avec la chaux.<br />
On sait maintenant de façon certaine à la suite de divers<br />
61
travaux [1], [2], [3], [4], que le matériau doit satisfaire à<br />
trois conditions:<br />
— être acide, c'est-à-dire contenir une forte propor<br />
tion de silice <strong>et</strong> d'alumine,<br />
— contenir une proportion importante de phase vi<br />
treuse,<br />
— présenter une grande surface spécifique.<br />
Ce point de vue nous conduit à aborder le problème par<br />
voie analytique en cherchant en premier lieu à isoler la<br />
fraction pouzzolanique. C<strong>et</strong>te fraction qui est par na<br />
ture acide, à l'opposé des autres constituants du ci<br />
ment qui ont un caractère basique très prononcé, peut<br />
être séparée par une attaque acide mise au point pour<br />
ne dissoudre que <strong>les</strong> constituants basiques.<br />
La méthode proposée par I.A. Voinovitch <strong>et</strong> ses colla<br />
borateurs [5] qui emploie l'acide chlorhydrique au 1/50<br />
donne une séparation tout à fait satisfaisante à c<strong>et</strong><br />
égard. Elle fournit une bonne estimation de l'impor<br />
tance quantitative de l'ajout <strong>et</strong> perm<strong>et</strong> d'effectuer su r le<br />
résidu insoluble des déterminations qui offrent la pos<br />
sibilité de contrôler la présence de phases actives <strong>et</strong><br />
même, si on le désire, de chiffrer la surface spécifique.<br />
La diffraction des rayons X nous paraît être la méthode<br />
la plus appropriée pour caractériser ces phases acti<br />
ves. L'existence sur le diagramme d'une bande com<br />
prise entre 2,5 Â <strong>et</strong> 5 Â <strong>et</strong> dont le maximum se situe vers<br />
3,5 Â est caractéristique de la présence d'une phase<br />
vitreuse <strong>et</strong> peut même servir à chiffrer son importance<br />
quantitative par un étalonnage préalable. C<strong>et</strong>te<br />
méthode perm<strong>et</strong> accessoirement de préciser l'origine<br />
de la matière pouzzolanique. Par exemple, la présence<br />
des raies des feldspaths <strong>et</strong> des pyroxènes caractérise<br />
<strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> volcaniques <strong>et</strong> la présence de mullite<br />
caractérise <strong>les</strong> cendres volantes acides. La méthode<br />
proposée par F.-X. Deloye, C. Chézeaud <strong>et</strong> M.-J. Buis<br />
son [6] perm<strong>et</strong> une caractérisation qualitative.<br />
2. Mise en évidence de la réaction pouzzolanique<br />
La réalité de la réaction pouzzolanique sera prouvée si<br />
l'on montre que la chaux disparaît du milieu réaction-<br />
nel. Vicat avait constaté que l'addition de pouzzolane<br />
finement broyée à une solution saturée de chaux pro<br />
voque un abaissement de la concentration en chaux de<br />
c<strong>et</strong>te solution. C'est c<strong>et</strong>te idée qui a guidé Fratini [7]<br />
dans l'essai qu'il a proposé <strong>et</strong> qui est recommandé<br />
maintenant par l'ISO [8].<br />
C<strong>et</strong> essai consiste à laisser réagir statiquement à 40 °C<br />
pendant 8 jours, 20 g de ciment en contact avec 100 ml<br />
d'eau <strong>et</strong> à doser au terme de l'essai dans la solution<br />
surnageante le calcium total <strong>et</strong> l'alcalinité totale. La<br />
position du point représentatif dans le diagramme « al<br />
calinité totale — calcium total», au-dessous ou au-<br />
dessus de la courbe de solubilité de l'hydroxyde de<br />
calcium, perm<strong>et</strong>trait d'affirmer que la réaction pouzzo<br />
lanique est effective ou non.<br />
C<strong>et</strong>te proposition serait vraie si le système était vérita<br />
blement en équilibre, mais nous allons voir qu'il n'en<br />
est rien [9]. Le rapport eau/ciment initial étant de 5, la<br />
suspension initiale décante rapidement. Le gâteau qui<br />
se forme au bout des 8 jours que dure l'essai acquiert<br />
une certaine cohésion.<br />
62<br />
Il n'est pas homogène <strong>et</strong> présente une stratification due<br />
aux différences de densité <strong>et</strong> de finesse des grains. De<br />
plus, la diffusion se trouve freinée par suite de la rela<br />
tive compacité de la pâte durcie.<br />
S'il y avait véritablement équilibre dans toute l'étendue<br />
du système, la sous-saturation en hydroxyde de cal<br />
cium de la solution surnageante s'accompagnerait<br />
d'une absence de la phase chaux dans toute l'épais<br />
seur du gâteau.<br />
Nous avons soumis à l'examen par rayons X <strong>les</strong> diffé<br />
rents niveaux de ce gâteau <strong>et</strong> la présence d'hydroxyde<br />
de calcium en quantités importantes ne fait aucun<br />
doute, sauf peut-être dans la zone superficielle au voi<br />
sinage immédiat de la surface. L'équilibre se limite<br />
donc au maximum à une interaction entre la zone su<br />
perficielle du gâteau <strong>et</strong> la solution surnageante.<br />
Pour créer <strong>les</strong> conditions d'un équilibre réel avec toute<br />
la masse, nous avons repris le même principe en main<br />
tenant le système en agitation pendant toute la durée<br />
de l'essai <strong>et</strong> nous avons prélevé des échantillons de la<br />
phase aqueuse afin d'y doser le calcium total <strong>et</strong> l'alcali<br />
nité totale. On peut ainsi suivre l'évolution de la com<br />
position de la solution <strong>et</strong> préciser le chemin parcouru<br />
par le point figuratif. Nous avons opéré sur <strong>les</strong> deux<br />
ciments italiens qui avaient servi aux essais croisés<br />
réalisés récemment pour tester la méthode ISO. Le<br />
mode opératoire actuel aboutit dans <strong>les</strong> deux cas à une<br />
conclusion affirmative en ce qui concerne la pouzzola-<br />
nicité.<br />
Dans le cas de ces deux ciments pouzzolaniques, le<br />
chemin suivi est différent <strong>et</strong> l'on peut penser que, d'une<br />
façon générale, il varie d'un ciment à l'autre selon la<br />
nature des éléments minéralogiques <strong>et</strong> chimiques qu'il<br />
contient au départ (fig. 1).<br />
35 40 45 50 55 60 65 70 75 80<br />
Alcalinité totale (millimole/l)<br />
Fig. 1 - Evolution de l'alcalinité totale <strong>et</strong> du calcium total pour <strong>les</strong> deux<br />
ciments pouzzolaniques.<br />
Dans le cas du ciment n° 1, l'alcalinité totale évolue<br />
d'abord plus vite que la consommation de chaux, puis<br />
elle reste pratiquement constante alors que le calcium<br />
total diminue. Ensuite, dans une troisième phase, le<br />
phénomène s'inverse, la quantité de calcium consom<br />
mée évolue plus vite que l'alcalinité totale. La courbe<br />
présente alors un point d'inflexion très n<strong>et</strong> <strong>et</strong> le phé<br />
nomène d'évolution de l'alcalinité l'emporte très n<strong>et</strong><br />
tement sur celui de consommation de chaux.<br />
Dans le cas du ciment n° 2, le chemin suivi est différent.<br />
Le phénomène de consommation de chaux l'emporte
dès le départ sur l'évolution de l'alcalinité totale. Ces<br />
courbes coupent la courbe de solubilité théorique en<br />
un peu plus de trois jours.<br />
Cependant, à huit jours <strong>et</strong> dans <strong>les</strong> deux cas, bien que<br />
<strong>les</strong> points représentatifs soient situés n<strong>et</strong>tement au-<br />
dessous de la courbe théorique, l'hydroxyde de cal<br />
cium continue à exister en tant que phase solide. L'es<br />
sai a été prolongé jusqu'à 18 jours <strong>et</strong> <strong>les</strong> examens aux<br />
rayons X ont montré que même dans ces conditions<br />
l'hydroxyde de calcium était toujours présent.<br />
De plus, d'après nos résultats expérimentaux, <strong>les</strong> cour<br />
bes des deux ciments essayés tendent vers une courbe<br />
unique à peu près parallèle à la courbe théorique, mais<br />
située au-dessous.<br />
On peut se poser la question de savoir si c<strong>et</strong>te courbe<br />
limite ne constitue pas la véritable courbe d'équilibre<br />
de l'hydroxyde de calcium (portlandite) sous une forme<br />
mieux cristallisée que celle obtenue par simple extinc<br />
tion de chaux <strong>et</strong> qui a vraisemblablement servi à l'éta<br />
blissement de la courbe de référence.<br />
On peut donc être extrêmement circonspect sur la base<br />
scientifique de l'essai de pouzzolanicité ISO, car la<br />
sous-saturation de la solution qui devrait refléter la<br />
disparition de l'hydroxyde de calcium en tant que<br />
phase solide ne paraît pas pleinement fondée.<br />
La justesse de c<strong>et</strong> essai a aussi été récemment mise en<br />
doute par M.-P. de Luxan <strong>et</strong> F. Soria [10].<br />
3. Critères cinétiques de la réaction pouzzolanique<br />
S'il nous paraît très contestable qu'à court terme la<br />
présence de matière pouzzolanique entraîne la sous-<br />
saturation de la solution par rapport à la chaux, on peut<br />
penser qu'elle fait toutefois disparaître la sursatura<br />
tion. Nous avons été amenés à envisager de reprendre<br />
c<strong>et</strong> aspect par un critère cinétique <strong>et</strong> non plus thermo<br />
dynamique. Le temps nécessaire pour atteindre la<br />
courbe de saturation peut alors être r<strong>et</strong>enu comme<br />
paramètre caractéristique. L'analyse à interval<strong>les</strong> régu<br />
liers de la solution agitée ne peut être évidemment<br />
r<strong>et</strong>enue comme méthode d'essai de routine étant<br />
donné sa lourdeur. L'idéal serait de pouvoir suivre c<strong>et</strong>te<br />
composition en continu. On pourrait envisager l'emploi<br />
d'une électrode de verre <strong>et</strong> d'une électrode spécifique<br />
du calcium, mais l'inconvénient de ces électrodes est<br />
que leur réponse est logarithmique <strong>et</strong> non proportion<br />
nelle. C'est pourquoi nous avons utilisé une méthode<br />
qui donne une information globale sur l'ensemble des<br />
espèces ioniques présentes dans la solution tçut en<br />
ayant l'avantage d'être à réponse proportionnelle:<br />
c'est la mesure de la conductivité électrique.<br />
a) Conductivité électrique d'une suspension de ciment<br />
pouzzolanique<br />
Si on suit en continu la conductivité d'un mélange de<br />
ciment <strong>et</strong> d'eau au même rapport E/C que celui utilisé<br />
dans l'essai ISO, <strong>et</strong> qu'on maintient le système en sus<br />
pension par une agitation magnétique, l'enregistre<br />
ment perm<strong>et</strong> de r<strong>et</strong>rouver de façon très n<strong>et</strong>te, dans le<br />
cas du ciment n° 1, l'évolution mise en évidence par<br />
analyse discontinue. L'évolution dans <strong>les</strong> premières<br />
heures ne se différencie pas de ce qu'a observé<br />
R. Sierra sur un ciment CPA ou même sur du C 3S [11].<br />
Mais à partir de 24 heures, au lieu d'un palier ou d'une<br />
légère montée, on observe une lente décroissance qui<br />
se poursuit jusqu'à trois jours <strong>et</strong> qui correspond à l'ap<br />
pauvrissement en chaux de la solution (fig. 2). Après<br />
trois jours, la libération des alcalis l'emporte <strong>et</strong> l'on<br />
observe à nouveau une remontée. Dans le cas du ci<br />
ment n° 2, la correspondance est un peu moins évi<br />
dente, mais reste vérifiée dans ses grandes lignes.<br />
C<strong>et</strong>te courbe ne présente pas de minimum puisque<br />
l'alcalinité totale ne rétrograde pas.<br />
Conductivité (unités arbitraires)<br />
CM CM<br />
—i—i—i—i—i—i—i—i 1—i i i i<br />
u Temps<br />
Fig. 2 - Courbe conductrimétrique du ciment pouzzolanique n° 1<br />
(E/C = 5, température = 40 °C).<br />
b) Essais sur pâtes<br />
Pour tenter de nous rapprocher davantage des condi<br />
tions pratiques de la prise, nous avons essayé le même<br />
principe de suivi conductimétrique en l'appliquant à<br />
une pâte de rapport ciment/eau égal à 0,35. Malheureu<br />
sement, dans ces conditions il n'est pas possible de<br />
poursuivre l'essai de façon significative après le début<br />
de prise marqué par une chute brutale de la conducti<br />
vité. Le début de prise a lieu au bout de quelques heu<br />
res, alors que ce n'est qu'au bout de quelques jours que<br />
<strong>les</strong> phénomènes intéressants ont lieu (fig. 3).<br />
Conductivité (unités arbitraires)<br />
0 1<br />
Temps (h)<br />
Fig . 3-Courbes conductrimétriques du CPAdeGargenville additionné<br />
de diverses <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
4. Accélération du processus pouzzolanique<br />
Essai Chapelle modifié<br />
C<strong>et</strong>te première série d'essais montre qu'il est illusoire<br />
d'attendre une information quelconque sur la réaction<br />
pouzzolanique dans un essai de très courte durée ef-<br />
63
fectué à température ambiante ou voisine de l'am<br />
biante.<br />
Pour déceler c<strong>et</strong>te réaction dans un temps raisonnable,<br />
il faut accélérer le processus, <strong>et</strong> la façon la plus natu<br />
relle est d'augmenter la température. Comme l'eau est<br />
nécessaire, on peut aller d'emblée à la température<br />
maximale compatible avec l'état liquide, c'est-à-dire la<br />
température d'ébullition. C'est le principe de l'essai<br />
Chapelle qui est utilisé pour caractériser l'activité d'un<br />
matériau pouzzolanique [12]. C<strong>et</strong> essai consiste à dé<br />
terminer la quantité de chaux consommée par la réac<br />
tion pouzzolanique après 16 heures d'ébullition d'un<br />
mélange d'un gramme de pouzzolane ou de cendres<br />
volantes, d'un gramme de chaux <strong>et</strong> de 200 cm 3 d'eau. Il<br />
présente par rapport aux essais précédents un avan<br />
tage considérable. Il perm<strong>et</strong>, en eff<strong>et</strong>, de chiffrer la<br />
quantité réelle de chaux consommée en faisant le bilan<br />
non seulement de la chaux restée en solution, mais<br />
aussi de celle qui est à l'état solide <strong>et</strong> qui était ignorée<br />
dans <strong>les</strong> essais précédents.<br />
Nous avons transposé l'essai Chapelle aux ciments<br />
contenant des <strong>pouzzolanes</strong> en conservant le dosage<br />
par la méthode Leduc à l'eau sucrée qui n'est peut-être<br />
pas la plus juste, mais qui présente l'avantage de la<br />
simplicité <strong>et</strong> que nous avons employée pour c<strong>et</strong>te rai<br />
son.<br />
On peut pratiquer l'essai Chapelle sur un ciment<br />
contenant de la pouzzolane <strong>et</strong> comparer la quantité de<br />
chaux résiduelle à celle produite par l'hydratation de la<br />
quantité correspondante de ciment. A titre indicatif, il a<br />
été trouvé 100 mg de chaux pour 650 mg de CPA <strong>et</strong><br />
seulement 90 mg de chaux pour un mélange de la<br />
même quantité de ciment avec 350 mg d'une pouzzo<br />
lane.<br />
Nous avons cherché à intensifier le phénomène en<br />
ajoutant un excès d'un gramme de chaux pure. L'agita<br />
tion est assurée magnétiquement, à la différence de<br />
l'essai original où elle résulte uniquement des courants<br />
de convection créés par l'ébullition. On constate que la<br />
quantité de chaux libre dosée à la fin de l'essai est<br />
inférieure à un gramme. Ce qui prouve que la pouzzo<br />
lane a consommé non seulement toute la chaux libérée<br />
par le clinker mais aussi une partie de la chaux primiti<br />
vement ajoutée (tableau I).<br />
TABLEAU I<br />
Consommation de chaux par la pouzzolane des ciments<br />
Matériaux<br />
Pouzzolane<br />
(+ 15 % Bizac<br />
CPA 6argenville
Etant donné la difficulté de la mise en évidence des<br />
produits propres à la réaction pouzzolanique, on peut<br />
chercher à caractériser l'activité pouzzolanique par<br />
l'étude des propriétés liantes. Faute d'une théorie<br />
complète de la cohésion, il n'est pas possible dans<br />
l'état actuel des connaissances de chiffrer la contribu<br />
tion de chacun des deux composants du mélange<br />
clinker-pouzzolane d'après la résistance mécanique de<br />
l'ensemble. On doit donc se contenter des mesures<br />
classiques de la résistance mécanique en temps réel <strong>et</strong><br />
à température ordinaire d'éprouv<strong>et</strong>tes de mortier<br />
4 x 4 x 16, qui perm<strong>et</strong>tent de faire des comparaisons<br />
avec des ciments témoins sans ajout, ou contenant des<br />
quantités équivalentes de matière inerte.<br />
Pour accélérer le processus de prise <strong>et</strong> de durcisse<br />
ment, la seule chose qu'on sache faire c'est d'agir sur la<br />
température. On pourrait proposer de maintenir des<br />
éprouv<strong>et</strong>tes4 x 4 x 16 dans une enceinte à vapeur sa<br />
turée à 100 °C. On peut également travailler en auto<br />
clave, mais on est limité par l'encombrement des<br />
éprouv<strong>et</strong>tes, d'où l'intérêt de travailler sur des micro-<br />
éprouv<strong>et</strong>tes d'un centimètre cube environ. Nous avons<br />
comparé <strong>les</strong> résistances à la compression de tel<strong>les</strong><br />
micro-éprouv<strong>et</strong>tes <strong>et</strong> cel<strong>les</strong> d'éprouv<strong>et</strong>tes 4 x 4 x 1 6<br />
durcies en temps réel. <strong>Les</strong> valeurs obtenues ne perm<strong>et</strong><br />
tent pas de dégager une corrélation significative (ta<br />
bleau II).<br />
TABLEAU II<br />
Résistances à la compression (bars)<br />
Matériaux<br />
Micro-éprouv<strong>et</strong>tes<br />
E/C = 0,11<br />
(45 mn à 176 °C)<br />
Eprouv. 4x4x16<br />
E/C = 0,50<br />
(à 28 jours)<br />
CPA Gargenville 480 540<br />
Pouzzolane<br />
/ + 15 % Bizac 490 480<br />
+ 25 % Bizac 490 400<br />
CPA<br />
Gargenville < + 35 % Bizac 400 350<br />
CONCLUSION<br />
+ 35 % Sopoulé 465 345<br />
\ + 35 % Volvic 455 350<br />
Si on veut prouver l'activité pouzzolanique d'un ajout,<br />
on doit m<strong>et</strong>tre en œuvre des essais qui s'appuient sur<br />
<strong>les</strong> propriétés de base des matières pouzzolaniques,<br />
c'est-à-dire leur aptitude:<br />
1. à réagir avec la chaux en présence d'eau,<br />
2. à former des produits aux propriétés liantes.<br />
Il semble que <strong>les</strong> essais chimiques basés sur la pre<br />
mière partie de c<strong>et</strong>te définition conduisent à des<br />
conclusions beaucoup plus solides que ceux qui sont<br />
basés sur la seconde.<br />
L'essai ISO, dans sa formule actuelle, ne donne qu'une<br />
information qualitative <strong>et</strong> par suite il est d'un intérêt<br />
assez restreint, d'autant plus que sa base scientifique<br />
paraît assez discutable.<br />
L'étude cinétique de l'évolution d'une suspension<br />
aqueuse de ciment contenant des <strong>pouzzolanes</strong>, telle<br />
que nous l'avons abordée, apporte des informations<br />
plus précises. Elle semble montrer que la présence de<br />
matière pouzzolanique tend, dans <strong>les</strong> quinze premiers<br />
jours, non pas à faire disparaître la phase portlandite —<br />
ce qu'on adm<strong>et</strong> implicitement dans l'essai ISO — mais à<br />
faire cesser la sursaturation: Il semble par ailleurs que<br />
la portlandite d'hydrolyse du ciment a une solubilité<br />
plus faible que l'hydroxyde de calcium obtenu par ex<br />
tinction de la chaux vive dont <strong>les</strong> cristallites sont plus<br />
fins.<br />
<strong>Les</strong> essais quantitatifs qui perm<strong>et</strong>tent de chiffrer le taux<br />
de réaction dans un temps donné nous paraissent <strong>les</strong><br />
plus significatifs. Ils font ressortir l'extrême lenteur de<br />
la réaction pouzzolanique, même à des températures<br />
relativement élevées. <strong>Les</strong> essais mécaniques classi<br />
ques de longue durée restent le complément indispen<br />
sable des essais chimiques.<br />
BIBLIOGRAPHIE<br />
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Congrès international<br />
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lime of pozzolanas, Communication supplémentaire au 6 e<br />
Congrès international de la Chimie du Ciment, Moscou, sept.<br />
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[13] DRONR., <strong>Les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> <strong>et</strong> la pouzzolanicité,i?cv. Mat. de<br />
Const., 692, janv.-fév. 1975, p. 27-30.<br />
[14] DRON R., Etude expérimentale <strong>et</strong> théorique du système<br />
CaO-Al203-Si02-H20, Communication au 6 e<br />
Congrès international<br />
de la Chimie du Ciment, Moscou,Bul. liaison Labo.<br />
P. <strong>et</strong> Ch., 77, mai-juin 1975, p. 89-93.<br />
Suite aux travaux de M. Largent, des recherches sur l'utilisation des <strong>pouzzolanes</strong> comme ajout dans <strong>les</strong> ciments ont été entreprises<br />
au LCPC en relation avec la profession cimentière.<br />
Quelques résultats de ces travaux figurent dans l'article paru dans le Bull<strong>et</strong>in 90 sous la signature de Mme Paillère <strong>et</strong> M. Raverdy:<br />
Influence d'ajouts inertes ou actifs sur <strong>les</strong> propriétés des ciments.<br />
Un article plus compl<strong>et</strong> sera publié prochainement.<br />
65
POUZZOLANES ET BASALTES<br />
RÉSUMÉ<br />
L'activité pouzzolanique<br />
R. DRON<br />
Docteur-Ingénieur<br />
Service de chimie<br />
Laboratoire central<br />
L'activité pouzzolanique est due à une réaction de la chaux avec <strong>les</strong> produits de l'attaque<br />
alcaline des silicates acises.<br />
C<strong>et</strong>te réaction donne naissance à des composés hydratés semblab<strong>les</strong> à ceux qui se<br />
forment par hydratation du clinker <strong>et</strong> du laitier granulé.<br />
Un processus physico-chimique de J'étape d'attaque est proposé. Il implique une possibilité<br />
théorique d'activité pouzzolanique des feldspaths.<br />
MOTS CLÉS :30 - Activité (physicochim.) - Pouzzolane - Oxyde - Silicium - Aluminium - Chaux<br />
Cinétique - Feldspath - Réaction (chim.) - Hydraté ~ Acidelphase vitreuse (71)- Mécanique (90).<br />
<strong>Les</strong> mélanges de pouzzolane, de chaux <strong>et</strong> d'eau ont la<br />
propriété de durcir <strong>et</strong> constituent un liant dont on sait<br />
qu'il fut utilisé dès l'époque romaine. L'expression activité<br />
pouzzolanique définit <strong>les</strong> phénomènes qui à température<br />
ordinaire transforment en un temps raisonnable<br />
ces mélanges en un matériau dur <strong>et</strong> compact.<br />
C'est à leur haute teneur en constituants acides, silice<br />
<strong>et</strong> alumine, que <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> doivent c<strong>et</strong>te propriété,<br />
la réaction pouvant s'écrire de façon très schématique<br />
Silice > , , i silicate calcique hydraté<br />
V ~t~ CnSLIX H- n J<br />
63U ^ J<br />
Alumine f I aluminate calcique hydraté<br />
C<strong>et</strong>te écriture est simpliste dans la mesure où elle pourrait<br />
faire croire que des formes à haute cristallinité,<br />
comme le quartz <strong>et</strong> le corindon, sont susceptib<strong>les</strong> de<br />
réagir avec la chaux. Il n'en est rien <strong>et</strong> la réaction pouzzolanique<br />
n'est observable que sur des matériaux qui<br />
comportent des phases dans <strong>les</strong>quel<strong>les</strong> la silice <strong>et</strong><br />
l'alumine sont particulièrement mobilisab<strong>les</strong>. C'est le<br />
cas de certaines structures amorphes <strong>et</strong> plus particulièrement<br />
des verres acides. L'activité pouzzolanique<br />
des argi<strong>les</strong> calcinées, amorphes, <strong>et</strong> des cendres volantes,<br />
essentiellement vitreuses, est liée à c<strong>et</strong>te particularité.<br />
Il est aujourd'hui communément admis [1] que le<br />
même critère s'applique aux <strong>pouzzolanes</strong> naturel<strong>les</strong> <strong>et</strong><br />
que seu<strong>les</strong> la silice <strong>et</strong> l'alumine constitutives des phases<br />
vitreuses sont effectivement réactives.<br />
Une exception doit cependant être faite pour certains<br />
minéraux cristallisés comme l'analcime, qu'on ne rencontre<br />
pas dans <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> françaises mais qui<br />
est fréquente dans le trass allemand, <strong>et</strong> dont la structure<br />
est zéolitique. Selon Ludwig <strong>et</strong> Schwi<strong>et</strong>e [2] ce<br />
matériau présenterait une activité pouzzolanique supérieure<br />
à celle des verres. <strong>Les</strong> mêmes auteurs estiment<br />
66<br />
que même <strong>les</strong> feldspaths<strong>et</strong> la leucite combinent encore<br />
d'appréciab<strong>les</strong> quantités de chaux. La haute réactivité<br />
des zéolites avait déjà été soulignée par Sersale <strong>et</strong><br />
Sabatelli [3] <strong>et</strong> antérieurement par Malquori [4]. Elle<br />
peut être rattachée à la structure lacunaire de ces minéraux<br />
qui favorise la pénétration des agents d'attaque.<br />
La réactivité des zéolites a fait croire pendant un certain<br />
temps que l'activité pouzzolanique était liée à un<br />
processus d'échange ionique du type<br />
A - ... Na + A - ...<br />
+ Ca 2 + ^ "";;:Ca 2+ + 2 Na +<br />
A" ... Na + A---'"<br />
mais Sestini <strong>et</strong> Santarelli [5] ont montré que la capacité<br />
d'échange de ces minéraux était tout à fait insuffisante<br />
pour expliquer <strong>les</strong> quantités considérab<strong>les</strong> de chaux<br />
consommée. En réalité, le squel<strong>et</strong>te zéolitique est détruit<br />
<strong>et</strong> il se forme de nouveaux composés ayant des<br />
caractéristiques complètement différentes de cel<strong>les</strong><br />
des matériaux initiaux.<br />
<strong>Les</strong> ions alcalins qui se trouvent ainsi libérés <strong>et</strong> qui<br />
n'entrent pas dans la composition des produits néoformés<br />
restent en solution <strong>et</strong> apparaissent en quelque<br />
sorte comme un «déch<strong>et</strong>», sans qu'ils aient à aucun<br />
moment joué un rôle actif. C<strong>et</strong>te particularité va se<br />
r<strong>et</strong>rouver dans le cas où <strong>les</strong> phases réactives, bien que<br />
non zéolitiques, renferment des éléments alcalins.<br />
Dans <strong>les</strong> phases sialiques (feldspaths alcalins, feldspathoïdes),<br />
<strong>les</strong> éléments alcalins <strong>et</strong> l'aluminium sont<br />
en quantité équivalente, de sorte qu'on peut <strong>les</strong> considérer<br />
comme des associations d'aluminates alcalins <strong>et</strong><br />
de silice neutre. <strong>Les</strong> verres présents dans <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
ayant la même composition que <strong>les</strong> feldspaths [6],<br />
Bull. Liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch. - 93 - ianv.-févr. 1978 - Réf 2144
ils sont formés de la même association. Notre première<br />
écriture de la réaction pouzzolanique est donc inexacte<br />
puisque, si l'on peut bien considérer la réaction globale<br />
de la silice comme celle d'un acide <strong>et</strong> d'une base, la<br />
réaction de l'alumine consiste en réalité en un dépla<br />
cement des bases soude ou potasse par la base chaux,<br />
ce qui peut s'écrire schématiquement :<br />
Aluminate de sodium Aluminate calcique<br />
(ou potassium) ^ hydraté<br />
+ chaux + eau + soude (ou potasse)<br />
Le bilan de la réaction est dans ce cas équivalent à un<br />
échange ionique, mais nous verrons plus loin que l'as<br />
similation ne doit pas être faite, l'échange ionique étant<br />
topochimique alors que <strong>les</strong> réactions d'hydratation<br />
passent toujours par une désagrégation totale du ré<br />
seau silico-alumineux initial.<br />
<strong>Les</strong> produits de la réaction pouzzolanique<br />
Malquori [4] a résumé <strong>les</strong> résultats des nombreuses<br />
études concernant la nature des phases produites par<br />
la réaction pouzzolanique <strong>et</strong> il a montré que <strong>les</strong> compo<br />
sés trouvés par tous <strong>les</strong> chercheurs étaient <strong>les</strong> sui<br />
vants :<br />
— le silicate de calcium hydraté CSH, qui se présente<br />
sous la forme d'un gel de faible cristallinité,<br />
— l'aluminate tétracalcique hydraté C 4AH, 3, hexago<br />
nal.<br />
Dans certaines conditions, il est possible de trouver<br />
aussi<br />
— la gehlénite hydratée C 2ASH 8<br />
— l'<strong>et</strong>tringite 3CaO, Al 20 3, 3S0 4Ca, 32H 20 <strong>et</strong> le mo-<br />
nosulfo-aluminate 3CaO, Al 20 3, CaS0 4, 12H 20.<br />
Massazza [1] dans son rapport au 6 e Congrès interna<br />
tional de la Chimie du Ciment a confirmé c<strong>et</strong>te conver<br />
gence.<br />
Ces résultats sont en parfait accord avec <strong>les</strong> données<br />
thermodynamiques déduites de notre étude du sys<br />
tème CaO-AI 20 3-Si0 2-H 20 [7]. Rappelons qu'el<strong>les</strong> peu<br />
vent être résumées au moyen d'une représentation<br />
triangulaire, valable pour tous <strong>les</strong> liants silico-<br />
alumino-calciques (fig. 1).<br />
En l'absence de sulfates, la représentation est celle de<br />
la figure 1. La composition d'une pouzzolane ramenée<br />
au total CaO+Si0 2+AI 20 3 est figurée par le point Z.<br />
Si(OH),<br />
Ca(OH) AKOHL<br />
C 4 A H ,3<br />
Fig. 1 - Diagramme d'hydratation du système<br />
CaO - Al 20, - SiO, - H20 en l'absence de gypse.<br />
Celle du mélange pouzzolane + chaux se situe donc<br />
sur la droite ZC.<br />
<strong>Les</strong> produits d'hydratation ont la même composition<br />
globale que le mélange chaux-pouzzolane qui leur a<br />
donné naissance. C<strong>et</strong>te composition est donc repré<br />
sentée par le même point.<br />
Nous avons montré que <strong>les</strong> phases présentes sont cel<br />
<strong>les</strong> qui correspondent aux somm<strong>et</strong>s du domaine trian<br />
gulaire dans lequel se place le point représentatif de la<br />
composition. Par conséquent, si l'addition de chaux est<br />
forte, le point sera dans le domaine II. On trouvera de la<br />
chaux éteinte (correspondant à un excès) <strong>et</strong> deux pha<br />
ses néoformées, le silicate de calcium hydraté <strong>et</strong> l'alu<br />
minate tétracalcique hydraté. Si l'addition est plus fai<br />
ble, le point représentatif sera dans le domaine I. Lors<br />
que le système sera en équilibre, il n'y aura plus de<br />
chaux <strong>et</strong> on trouvera trois phases néoformées : <strong>les</strong><br />
deux précédentes <strong>et</strong> la gehlénite hydratée. Il convient<br />
toutefois de signaler que dans la pratique on se trouve<br />
plus généralement dans le premier cas (correspondant<br />
à un excès de chaux).<br />
Ce n'est que si l'on opère en présence de sulfate de<br />
calcium que peuvent apparaître <strong>les</strong> sulfo-aluminates.<br />
Le diagramme de phases est alors modifié (fig. 2).<br />
Si'OHL<br />
Ca(OH)2 AI(OH),<br />
C3AS 3H 3 2<br />
Fig. 2 - Diagramme d'hydratation du système<br />
CaO - Al 20, - Si0 2 - H20 en présence de gypse.<br />
<strong>Les</strong> mêmes raisonnements sont alors applicab<strong>les</strong> <strong>et</strong><br />
c'est ainsi que pour une addition suffisante de chaux<br />
on se trouvera dans le domaine II, donc avec deux pha<br />
ses néoformées, le silicate de calcium hydraté <strong>et</strong> l'<strong>et</strong><br />
tringite. C<strong>et</strong>te possibilité, qui n'a jusqu'à présent pas<br />
été utilisée dans la technique des graves-<strong>pouzzolanes</strong>,<br />
présenterait un incontestable intérêt. On peut voir que<br />
l'addition de sulfate de calcium n'évite cependant pas<br />
l'emploi de chaux aux mêmes dosages que dans la<br />
technique classique.<br />
Le monosulfo-aluminate n'apparaît que lorsque le sul<br />
fate de calcium initialement ajouté est totalement<br />
consommé par la réaction de formation de l'<strong>et</strong>tringite.<br />
C'est d'ailleurs aux dépens de c<strong>et</strong>te dernière que se<br />
formera le monosulfo-aluminate.<br />
Mécanisme de la réaction pouzzolanique<br />
<strong>Les</strong> feldspaths, qui sont <strong>les</strong> constituants essentiels des<br />
<strong>pouzzolanes</strong>, appartiennent à la classe des tectosilica-<br />
tes. Leur structure cristalline résulte d'un arrangement<br />
de tétraèdres Si 4 + (0 2 ") 4 <strong>et</strong> AI 3 + (0 2 ") 4 dans lequel cha<br />
que oxygène est commun à deux tétraèdres <strong>et</strong> peut<br />
67
donc être considéré comme n'appartenant que pour<br />
moitié à un tétraèdre donné. A tout ion Si 4 + ou<br />
Al 3 + ne sont donc associés en réalité que deux ions O 2 - ,<br />
de sorte que l'édifice est équivalent à un assemblage de<br />
silice neutre Si0 2 <strong>et</strong> d'ions alumínate AI02~. <strong>Les</strong> tétraèdres<br />
s'organisent en un édifice complexe sur lequel<br />
nous ne nous étendrons pas <strong>et</strong> qui laisse des cavités<br />
dans <strong>les</strong>quel<strong>les</strong> se logent <strong>les</strong> cations alcalins <strong>et</strong><br />
alcalino-terreux. <strong>Les</strong> verres pouzzolaniques sont<br />
constitués des mêmes tétraèdres, mais l'arrangement<br />
de ceux-ci est désordonné.<br />
<strong>Les</strong> silicates <strong>et</strong> <strong>les</strong> aluminates de calcium hydratés sont<br />
également formés d'un arrangement de tétraèdres,<br />
mais ceux-ci sont indépendants, étant constitués<br />
d'ions tels que AI0 4H 4" <strong>et</strong> Si0 4H 3". Chaque atome de<br />
silicium ou d'aluminium a donc «en propre» quatre<br />
atomes d'oxygène <strong>et</strong> non pas deux. Le passage de la<br />
phase anhydre, où <strong>les</strong> tétraèdres sont à oxygène commun,<br />
aux phases hydratées où ils sont indépendants se<br />
fait donc nécessairement par l'intermédiaire d'une individualisation<br />
de ces entités sous une forme qui ne<br />
peut être que ionique.<br />
Dans l'hypothèse d'un mécanisme suivant le modèle de<br />
Le Chatelier, on distinguera trois étapes<br />
a) L'étape d'attaque<br />
<strong>Les</strong> travaux de Wyart <strong>et</strong> al. [8] sur la réaction de l'eau sur<br />
<strong>les</strong>tectosilicates<strong>et</strong>ceux de Struillou [9] sur le <strong>les</strong>sivage<br />
des roches feldspatiques par l'eau suggèrent le mécanisme<br />
suivant : considérons un assemblage tétraédrique<br />
à oxygènes communs <strong>et</strong> intéressons-nous à un<br />
tétraèdre superficiel. Celui-ci peut comporter, à la différence<br />
des tétraèdres «profonds», un somm<strong>et</strong> libre,<br />
occupé, non comme <strong>les</strong> autres somm<strong>et</strong>s par un ion<br />
O 2 - , auquel cas il présenterait un excès de charge égal<br />
à —1, mais par un ion OH". Ce tétraèdre peut être<br />
desserti par une solution basique de la façon suivante :<br />
— un ion OH" est attiré par l'ion central (Si 4+ ou Al 3+ )<br />
de l'un des tétraèdres supports. Il expulse l'oxygène de<br />
liaison, provoquant le basculement du tétraèdre superficiel<br />
qui n'est plus lié que par une arête autour de<br />
laquelle il peut pivoter, <strong>et</strong> qui présente maintenant un<br />
excès de charge égal à— 1, ce qui lui confère une forte<br />
affinité pour l'eau (fig. 3);<br />
— le même processus pourrait provoquer la rupture<br />
des liaisons résiduel<strong>les</strong>, mais la présence d'une charge<br />
négative excédentaire tend à éloigner <strong>les</strong> ions OH~.<br />
L'hydrophilie du site ionique créé va favoriser une coupure<br />
du même type, mais par des molécu<strong>les</strong> H 20 <strong>et</strong> non<br />
plus par des ions OH~, libérant ainsi un ion tétraédrique<br />
qui sera soit l'ion Si0 4H 3~ soit l'ion AI04H4~.<br />
b) L'étape de diffusion<br />
L'ion libéré par l'attaque va diffuser dans la solution,<br />
c'est-à-dire que sous l'eff<strong>et</strong> de l'agitation thermique il<br />
va s'éloigner progressivement de la surface originelle.<br />
Il tendra statistiquement à se diriger vers <strong>les</strong> « puits » de<br />
concentration que constituent <strong>les</strong> germes de cristallisation<br />
d'hydrates.<br />
c) L'étape de cristallisation des hydrates<br />
La présence dans la solution d'ion Ca 2 + provoque, à<br />
partir d'une certaine concentration d'ions silicate <strong>et</strong><br />
alumínate déterminée par <strong>les</strong> produits de solubilité des<br />
hydrates, une instabilité thermodynamique qui va en-<br />
68<br />
Fig. 3 - Mécanisme d'attaque alcaline des tectosilicates.<br />
traîner la cristallisation de ces derniers [10]. C<strong>et</strong>te cristallisation<br />
va s'amorcer sur <strong>les</strong> surfaces minéra<strong>les</strong> présentes,<br />
<strong>les</strong> recouvrant d'une couche liante qui est à<br />
l'origine du développement de la cohésion. La matière<br />
pouzzolanique se recouvrant au même titre que <strong>les</strong><br />
surfaces inertes, ce phénomène va avoir tendance à<br />
freiner de plus en plus l'attaque, jusqu'à inhibition pratiquement<br />
totale.<br />
Remarque : Dans une structure désordonnée vitreuse,<br />
on a plus de chances de trouver des tétraèdres superficiels<br />
à somm<strong>et</strong>s libres que dans une structure organisée.<br />
On peut ainsi expliquer la plus grande réactivité<br />
des verres par rapport à celle des feldspahts. Le mécanisme<br />
proposé implique toutefois la possibilité d'attaque<br />
alcaline des feldspaths sur certains plans cristallographiques<br />
<strong>et</strong> surtout sur <strong>les</strong> surfaces de fracture <strong>et</strong>,<br />
par conséquent, une certaine activité pouzzolanique.
Conclusion<br />
L'activité pouzzolanique consiste en une attaque alca<br />
line superficielle, par une solution saturée de chaux,<br />
des minéraux silico-alumineux acides, <strong>et</strong> en la combi<br />
naison subséquente des ions résultant de c<strong>et</strong>te attaque<br />
avec la chaux présente dans la solution.<br />
Elle conduit à la formation de composés hydratés dont<br />
la nature est définie par <strong>les</strong> règ<strong>les</strong> généra<strong>les</strong> qui gou<br />
[1] MASSAZZA V., Chemistry of pozzolanic additions and mixed<br />
cements, Communication principale 6 E Congrès intern, de la<br />
Chimie du Ciment, Moscou, sept. 1974.<br />
[2] LUDWIG U. <strong>et</strong> SCHWIETE H.E., Kalkbindungen und Neubildungen<br />
bei den Trass-Kalk Reactionen (La liaison de la<br />
chaux <strong>et</strong> la formation de corps nouveaux lors des réactions<br />
entre le trass <strong>et</strong> la chaux),Zement Kalk Gips, 16 (10), 1963,<br />
p. 421.<br />
[3] SERSALE R. SABATELLI V., Pozzolanic activity of zeolites,<br />
Rend. Accad. Sei. Fis. e Mat. (Nap<strong>les</strong>), 27, Ser. 4, 1960,<br />
p. 263-286.<br />
[4] MALQUORI G., Proc. IV th. Inter. Symposium on the Chemistry<br />
of Cements, Washington, 1960.<br />
[5] SESTINI Q., SANTARELLI L., Researches pozzolanas: T -<br />
Tests on the zeolitic nature of pozzolanas,Ann. Chim. Appl.<br />
26 (5), 1936, p. 193-196.<br />
BIBLIOGRAPHIE<br />
vernent l'hydratation des liants silico-alumino-<br />
calciques. Dans la pratique courante où des quantités<br />
importantes de chaux sont utilisées, <strong>les</strong> produits d'hy<br />
dratation sont l'aluminate tétracalcique hydraté <strong>et</strong> le<br />
silicate de calcium hydraté.<br />
L'analyse du mécanisme perm<strong>et</strong> d'expliquer la plus<br />
grande réactivité des verres, mais laisse supposer une<br />
possibilité théorique d'activité pouzzolanique des<br />
feldspaths.<br />
[6] DRONR. <strong>et</strong> BRIVOTF., Bases minéralogiques de sélection des<br />
<strong>pouzzolanes</strong>, Bull, liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch., 92, nov.-déc.<br />
1977, p. 105-112.<br />
[7] DRON R., Etude expérimentale <strong>et</strong> théorique du système<br />
CaO-Al 20 3-Si0 2-H 20, Communication principale<br />
6 E Congrès intern. de la chimie du Ciment, Moscou, sept.<br />
1974, Bull, liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch., 77, mai-juin 1975,<br />
p. 89-93.<br />
[8] WYARTJ. SABETIER, CURIEN, DUCHEYLARD <strong>et</strong> SEVERIN.BH//.<br />
Soc.fr. Min. Crist., 82, 1959, p. 387.<br />
[9] STRUILLOU R., Prévision de l'altérabilité des matériaux employés<br />
en génie civil, Coll. de géotechnique, Toulouse, 1969,<br />
Bull, liaison Labo. routiers P. <strong>et</strong> Ch., 42, déc. 1969,p. 35-46.<br />
[10] DRON R.,Mécanisme de la prise du laitier granulé son activation<br />
alcaline, Thèse de docteur-ingénieur, Université de Paris<br />
VI, nov. 1973, <strong>et</strong> Rap. rech. LCPC, 38, sept. 1974.
POUZZOLANES ET BASALTES<br />
RÉSUMÉ<br />
Le liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
M. FOURNIER<br />
J.-M. GEOFFRAY<br />
Assistants<br />
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand<br />
L'analyse chimique de pâtes <strong>pouzzolanes</strong>-chaux à différents stades d'avancement de la<br />
réaction pouzzolanique montre que ce sont essentiellement des silicates de calcium hydratés,<br />
peu basiques <strong>et</strong> à forte teneur en eau qui sont à l'origine de l'apparition de la cohésion. <strong>Les</strong><br />
aluminates ne jouent qu'un rôle accessoire.<br />
La finesse de la pouzzolane semble être le facteur principal de l'augmentation de la<br />
résistance mécanique de tel<strong>les</strong> pâtes.<br />
La chaux, outre son rôle de réactif, peut être responsable d'un surcroit de cohésion<br />
lorsqu'elle comporte des constituants clinkerisés.<br />
MOTS CLÉS : 33 - Mélange - Pouzzolane - Chaux - Liant - Cohésion - Essai - Résistance<br />
(mater.) - Traction - Réaction (chim.) - Hydrate - Silicate - Calcium - Composition du mélange -<br />
Granulométrie.<br />
Le liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux existe depuis fort long<br />
temps. En eff<strong>et</strong>, <strong>les</strong> Latins utilisaient déjà dans l'Anti<br />
quité des mortiers à base de chaux pour la liaison entre<br />
<strong>les</strong> moellons ou pierres taillées. Ils importèrent c<strong>et</strong>te<br />
technique en Gaule, comme en témoignent de nom<br />
breux vestiges du sud-est de la France.<br />
C<strong>et</strong>te technique traversa le Moyen Age en subissant<br />
quelques modifications: ainsi le dosage en chaux<br />
augmenta considérablement <strong>et</strong> peu à peu <strong>les</strong> chaux<br />
hydrauliques se substituèrent aux chaux aériennes,<br />
comme le montre l'étude des mortiers de c<strong>et</strong>te époque<br />
(mur des Sarrasins à Clermont-Ferrand).<br />
Cependant, une version quasi originale de la technique<br />
est parvenue jusqu'à nos jours, car nombreux sont <strong>les</strong><br />
paysans du Massif central qui traitent encore leur sol de<br />
grange par des mélanges de trois quarts de pouzzola<br />
nes <strong>et</strong> d'un quart de chaux additionnée d'eau.<br />
Partant de ces idées, le Laboratoire régional de<br />
Clermont-Ferrand entreprit une série d'études pour<br />
réajuster <strong>les</strong> bonnes proportions des constituants du<br />
liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux en vue d'une éventuelle ap<br />
plication routière: car il n'y avait qu'un pas à franchir<br />
pour tenter de substituer la pouzzolane broyée au lai<br />
tier granulé de la technique grave-laitier.<br />
Il fallait donc préciser le rôle de chacun des compo<br />
sants (<strong>pouzzolanes</strong> - chaux <strong>et</strong> eau). A c<strong>et</strong> eff<strong>et</strong>, le méca<br />
nisme de cohésion a dû être préalablement étudié, en<br />
70<br />
même temps que l'influence des différents paramètres,<br />
à savoir:<br />
— l'origine,<br />
— l'aspect,<br />
— la coloration <strong>et</strong> la finesse des <strong>pouzzolanes</strong>,<br />
— la teneur <strong>et</strong> la nature des chaux aériennes <strong>et</strong> l'impor<br />
tance du rôle de l'eau.<br />
MÉCANISME DE COHÉSION<br />
<strong>Les</strong> propriétés liantes des mélanges <strong>pouzzolanes</strong>-<br />
chaux sont inconstestab<strong>les</strong>; cependant l'explication<br />
de ce phénomène était jusqu'alors relativement mal<br />
connue <strong>et</strong> il devenait nécessaire d'entreprendre des<br />
études pour éclaircir le mécanisme de cohésion de ce<br />
liant.<br />
A c<strong>et</strong> eff<strong>et</strong>, une série d'essais a été réalisée en vue<br />
d'établir des corrélations entre l'augmentation des ca<br />
ractéristiques mécaniques développées par ce liant <strong>et</strong><br />
la formation des composés cristallins responsab<strong>les</strong> de<br />
c<strong>et</strong>te cohésion: aluminates tétracalciques <strong>et</strong> silicates<br />
de chaux hydratés.<br />
Choix des matériaux<br />
Pour la pouzzolane, il s'agit du passant à 80 ,u d'un<br />
sable obtenu par broyage de <strong>pouzzolanes</strong> 5/10 lavées<br />
de Volvic.<br />
Bull. Liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch. - 93 - janv.-févr. 1978 - Réf. 2145
La chaux est une chaux aérienne calcique éteinte dont<br />
<strong>les</strong> caractéristiques sont <strong>les</strong> suivantes:<br />
— refus sur le tamis de 80/u = 0,20 %<br />
— masse volumique à 20 °C = 2,20 g/cm 3<br />
— surface spécifique Blaine = 14 000 cm 2 /g<br />
— composition minéralogique (tableau I).<br />
TABLEAU I<br />
Caractéristiques minéralogiques de la chaux<br />
(%)<br />
— Teneur en insolub<strong>les</strong> dans HCI<br />
(quartz, silicates insolub<strong>les</strong>, argi<strong>les</strong>, <strong>et</strong>c.) 0,12<br />
— Teneur en calcite (CaC03) 4,62<br />
— Teneur en chaux hydratée Ca(OH)2<br />
— H20 libre (humidité) + H20 fixée sur<br />
<strong>les</strong> constituants clinkérisés<br />
91,34<br />
Total 97,08<br />
— Teneur en constituants clinkérisés 3<br />
Etuis de conservation<br />
<strong>Les</strong> étuis utilisés présentent <strong>les</strong> caractéristiques sui<br />
vantes :<br />
— longueur moyenne : 6,85 cm,<br />
— diamètre moyen : 3,30 cm.<br />
Le fond de chaque étui a été découpé à la scie circulaire<br />
<strong>et</strong> le bord ébarbé. C<strong>et</strong>te préparation a été réalisée de<br />
façon à pouvoir fermer <strong>les</strong> deux ouvertures par un ca<br />
puchon en plastique afin de faciliter le démoulage de<br />
l'éprouv<strong>et</strong>te par simple poussée sur l'une des deux<br />
faces.<br />
Confection des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
La composition du mélange <strong>pouzzolanes</strong>-chaux a été<br />
fixée sur <strong>les</strong> bases de :<br />
— 85 % de fines de <strong>pouzzolanes</strong>,<br />
— 15 % de chaux aérienne calcique éteinte.<br />
Le mélange à sec a été réalisé dans un malaxeur<br />
Rilem 32 type béton, en une seule fois. Toutefois l'ho<br />
mogénéité se faisant mal, du fait de la présence de<br />
grumeaux dans la chaux, le mélange initial<br />
<strong>pouzzolanes</strong>-chaux a dû être tamisé à 80 p afin de<br />
briser <strong>les</strong> grumeaux. Le refus à 80 p du mélange a été<br />
pilé dans un mortier <strong>et</strong> repassé sur le même tamis de<br />
façon à ce qu'il n'y ait aucune perte.<br />
Après c<strong>et</strong>te manipulation, le mélange subit une rého<br />
mogénéisation dans le malaxeur, <strong>et</strong> l'eau est ajoutée<br />
jusqu'à l'obtention d'une bonne maniabilité qui se pro<br />
duit pour une teneur légèrement supérieure à 21 % par<br />
rapport au mélange sec.<br />
La confection des éprouv<strong>et</strong>tes est réalisée par coulage<br />
du mortier dans <strong>les</strong> étuis placés sur une table vibrante.<br />
Après ferm<strong>et</strong>ure des étuis, l'ensemble est mis dans une<br />
salle de conservation à 20 °C.<br />
Résultats<br />
Après conservation de 19, 36, 56, 85, 120 <strong>et</strong> 152 jours,<br />
<strong>les</strong> éprouv<strong>et</strong>tes sont démoulées <strong>et</strong> subissent <strong>les</strong> essais<br />
de rupture en compression diamétrale du type « Brési<br />
lien ». <strong>Les</strong> résultats obtenus (fig. 1) montrent que <strong>les</strong><br />
résistances croissent linéairement jusqu'à 56 jours.<br />
Entre 56 <strong>et</strong> 100 jours une phase intermédiaire est ob<br />
servée : la vitesse de montée des résistances décroît<br />
sensiblement. Au-delà de c<strong>et</strong>te période <strong>les</strong> performan<br />
ces mécaniques continuent de croître linéairement<br />
avec cependant une vitesse plus faible.<br />
RT b (bar)<br />
U i 1 1 1 1 : 1 1 »J<br />
19 36 56 85 120 152 176<br />
Fig. 1 - Courbe d'évolution des résistances en traction « Brésilien» en<br />
fonction de l'âge.<br />
Après écrasement, <strong>les</strong> éprouv<strong>et</strong>tes sont reprises en to<br />
talité pour être soumises à des essais chimiques nous<br />
paraissant intéressants pour tenter d'expliquer le mé<br />
canisme de cohésion de ces liants <strong>pouzzolanes</strong>-chaux.<br />
Pour apprécier l'avancement de la réaction pouzzola-<br />
nique, nous avons eu recours à trois déterminations :<br />
a) la quantité de chaux libre résiduelle;<br />
b) le taux d'alumine <strong>et</strong> de silice solubilisab<strong>les</strong> dans<br />
l'acide chlorhydrique dilué au 1/50 à froid sous agita<br />
tion magnétique pendant trente minutes selon la tech<br />
nique de I.A. Voinovitch <strong>et</strong> coll. Dans ces conditions, <strong>les</strong><br />
aluminates <strong>et</strong> silicates de calcium hydratés formés par<br />
la réaction pouzzolanique sont en eff<strong>et</strong> solubilisés,<br />
alors que la matière pouzzolanique originelle reste<br />
inattaquée. L'alumine <strong>et</strong> la silice solub<strong>les</strong> sont ensuite<br />
dosées par absorption atomique;<br />
c) la quantité d'eau liée chimiquement, déterminée par<br />
différence entre la teneur en eau initiale <strong>et</strong> la perte de<br />
poids à 60 °C sous atmosphère inerte.<br />
L'évolution de ces quatre paramètres est indiquée sur<br />
la figure 2.<br />
On remarque que <strong>les</strong> proportionnalités auxquel<strong>les</strong> on<br />
pouvait s'attendre a priori ne sont pas respectées. En<br />
eff<strong>et</strong>, si nous calculons le rapport silice soluble/alumine<br />
soluble, correction faite des valeurs initia<strong>les</strong>, corres<br />
pondant à une solubilisation de la pouzzolane elle-<br />
même, on constate qu'il varie de 17à une valeur proche<br />
de 6, très supérieure au rapport des teneurs en silice <strong>et</strong><br />
en alumine de la pouzzolane égal à 3,3, cela montre une<br />
mobilisation préférentielle de la silice, très marquée<br />
aux jeunes âges (fig. 3).<br />
t(j)<br />
71
A Chaux consommée<br />
Eau liée<br />
Si0 2<br />
Fig. 2 - Evolution chimique de la pâte pouzzolane-chaux.<br />
soluble<br />
Al 20 3 soluble<br />
iL<br />
15 -<br />
10 —<br />
5 —<br />
Ol I I I I I »J<br />
19 36 56 85 120 152<br />
Fig 3 - Evolution du rapport silice soluble/alumine soluble<br />
en fonction de l'âge.<br />
Si maintenant nous calculons le rapport chaux<br />
consommée/alumine + silice solub<strong>les</strong> (fig. 4) nous<br />
constatons une évolution depuis la valeur 1,3 jusqu'à<br />
0,95. <strong>Les</strong> hydrates formés sont donc de moins en moins<br />
basiques. On remarque toutefois qu'on se rapproche<br />
de la valeur théorique de 56/60, soit 0,93, correspondant<br />
à un CSH 1:1.<br />
Le rapport eau consommée/chaux consommée varie<br />
de façon continue de 0,33 à 0,98 (fig. 5). Ces valeurs<br />
sont à comparer à la valeur 0,32 correspondant à<br />
1 mole de chaux par mole d'eau. Compte tenu du fait<br />
que la chaux utilisée était éteinte, on serait amené à<br />
adm<strong>et</strong>tre que le principal produit de la réaction pouzzolanique<br />
est un silicate de calcium hydraté dont la formule<br />
approximative serait CaO, SiOz, nH20, n étant<br />
supérieur à 2. <strong>Les</strong> aluminates ne jouent qu'un rôle accessoire.<br />
Nous disposons en fait de trois indicateurs de l'avancement<br />
de la réaction pouzzolanique, entre <strong>les</strong>quels,<br />
du fait de l'absence de proportionnalités, il est difficile<br />
de faire un choix. Si l'on porte <strong>les</strong> résistances à la<br />
traction en fonction de chacun d'entre eux (fig. 6) on<br />
obtient cependant des courbes d'allures semblab<strong>les</strong>.<br />
La forme en S suggère que <strong>les</strong> hydrates formés en<br />
premier ont un faible pouvoir liant. On tend finalement<br />
vers une limite de l'ordre de 13 bars qui correspondrait<br />
à la résistance propre de la phase hydratée.<br />
72<br />
t(j)<br />
t(j)<br />
A CaO<br />
1,4 - Si0 2<br />
1,2 -<br />
1,0 —<br />
0,8 | | | | | . I *J<br />
19 36 56 85 120 152<br />
Fig. 4 - Evolution du rapport chaux consommée/silice + alumine<br />
solub<strong>les</strong> en fonction de l'âge.<br />
0,5 -<br />
Eau liée<br />
Chaux consommée<br />
0 I 1 1 1 1 1 1 ».<br />
19 36 56 65 120 152 t (j)<br />
Fig. 5 - Evolution du rapport eau liée/chaux consommée<br />
en fonction de l'âge.<br />
Rt (bar)<br />
1 2 3 4 5<br />
t(j)<br />
Chaux consommée - Eau liée<br />
Silice + alumine solub<strong>les</strong> (%)<br />
Fig. 6 - Relation entre la résistance à la traction <strong>et</strong> <strong>les</strong> paramètres<br />
chimiques.
INFLUENCE DES COMPOSANTS<br />
<strong>Les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
Pour mieux préciser l'importance des différents paramètres<br />
pouvant influencer la prise du liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux,<br />
il a été nécessaire de m<strong>et</strong>tre au point un<br />
essai particulier qui devait être simple, le plus rapide<br />
possible <strong>et</strong> surtout reproductible. Par ailleurs, le souci<br />
de se rapprocher le plus possible des conditions d'emploi<br />
sur chantier a conduit à r<strong>et</strong>enir un test mécanique.<br />
Pour l'étude des paramètres liés à la nature des <strong>pouzzolanes</strong>,<br />
c<strong>et</strong> essai consiste à suivre l'évolution mécanique<br />
dans le temps pour un sable broyé de l'échantillon<br />
traité par une chaux aérienne éteinte sur <strong>les</strong> bases de<br />
composition de mélange :<br />
— 80 % de <strong>pouzzolanes</strong> broyées 0/2,<br />
— 20 % de chaux aérienne éteinte,<br />
— 9 % d'eau au compactage.<br />
La granulante des <strong>pouzzolanes</strong> broyées 0/2 est fixée<br />
sur <strong>les</strong> bases suivantes :<br />
— tamis (mm) 3 2 1 0,5 0,2 0,08<br />
— tamisât (%) 100 95 76 54 28 12<br />
La chaux aérienne éteinte utilisée présente des caractéristiques<br />
fixées comme suit :<br />
— teneur en CaO libre (méthode Leduc) 60 %<br />
— tamisât à 80 n 95 %<br />
— teneur en éléments clinkérisab<strong>les</strong> 8 %<br />
Le malaxage des trois composants (<strong>pouzzolanes</strong>,<br />
chaux <strong>et</strong> eau) est alors effectué dans un malaxeur du<br />
type Angers : après pesée des deux premiers constituants,<br />
le mélange (environ 15 kg) est malaxé une minute<br />
à sec, puis deux minutes après introduction de<br />
l'eau.<br />
Le compactage des éprouv<strong>et</strong>tes est assuré avec une<br />
presse hydraulique. Il est à double eff<strong>et</strong> <strong>et</strong> s'effectue<br />
avec une force de compactage de 55 kN : <strong>les</strong> éprouv<strong>et</strong>tes<br />
obtenues sont parfaitement cylindriques <strong>et</strong> présentent<br />
<strong>les</strong> caractéristiques géométriques suivantes :<br />
— diamètre de 50 mm,<br />
— hauteur de 100 mm.<br />
Après confection, <strong>les</strong> éprouv<strong>et</strong>tes sont démoulées à<br />
l'aide de la presse de démoulage d'Angers <strong>et</strong> conservées<br />
en étuis étanches à 20 °C en salle de conservation<br />
thermostatée. El<strong>les</strong> sont soumises aux essais de rupture<br />
en compression simple après 7,14, 28, 60, 90,120,<br />
150 <strong>et</strong> 180 jours de conservation.<br />
L'évolution des performances obtenues en compression<br />
simple fournit alors de précieuses indications sur<br />
le développement de la prise du mortier étudié.<br />
Influence de l'origine des <strong>pouzzolanes</strong><br />
L'étude de l'influence de l'origine des <strong>pouzzolanes</strong> sur<br />
leur réactivité à la chaux n'a pas pour but de tester un<br />
produit élaboré en carrière, mais elle vise plutôt à déterminer<br />
<strong>les</strong> possibilités optima<strong>les</strong> que <strong>les</strong> différents<br />
gisements examinés sont susceptib<strong>les</strong> de fournir avec<br />
des installations adaptées. Dans c<strong>et</strong>te optique tous <strong>les</strong><br />
matériaux utilisés pour ces études sont élaborés sui<br />
vant un même processus. Actuellement, toutes <strong>les</strong><br />
<strong>pouzzolanes</strong> connues dans le Massif central ont été<br />
analysées ainsi que quelques <strong>pouzzolanes</strong> d'origine<br />
lointaine (Guadeloupe, Réunion, Madagascar,<br />
Rwanda, Cameroun, <strong>et</strong>c.).<br />
o L L _ l I I I I |<br />
7 28 60 90 120 150 180 365<br />
Fig. 7 - Courbe d'évolution type des caractéristiques mécaniques (Ftc)<br />
du liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux.<br />
Malgré c<strong>et</strong>te grance diversité, la cinétique de prise du<br />
liant relève toujours du même processus (fig. 7):<br />
— dans une première période, <strong>les</strong> résistances à la rupture<br />
croissent de façon linéaire avec l'âge,<br />
— dans une seconde période, qui débute entre 85 <strong>et</strong><br />
120 jours selon <strong>les</strong> échantillons, la croissance de ces<br />
résistances fléchit très sensiblement. C<strong>et</strong>te seconde<br />
phase s'achève généralement vers 6 mois d'âge pour<br />
<strong>les</strong> matériaux très <strong>et</strong> moyennement réactifs; pour <strong>les</strong><br />
matériaux moins réactifs, il n'est pas possible de distinguer<br />
l'achèvement de c<strong>et</strong>te seconde phase (fig. 8,<br />
courbe C),<br />
— au-delà de c<strong>et</strong>te période, <strong>les</strong> performances croissent<br />
encore de façon linéaire pendant quelques mois<br />
avant d'atteindre leur niveau maximal : cependant <strong>les</strong><br />
pentes des droites sont très n<strong>et</strong>tement inférieures à<br />
cel<strong>les</strong> obtenues au cours de la première période.<br />
Toutefois, si la cinétique de prise des liants relève du<br />
même processus, certaines <strong>pouzzolanes</strong> peuvent se<br />
distinguer entre el<strong>les</strong>; ainsi on peut distinguer trois<br />
famil<strong>les</strong> de matériaux :<br />
— <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> très réactives : Rc 180 j voisine de<br />
150 bars (fig. 8, courbe A) ;<br />
t(j)<br />
73
150 A Rr (bar<br />
100 -<br />
7 14 28<br />
Fig. 8 - Courbe d'évolution des Rc en fonction de la réactivité des<br />
<strong>pouzzolanes</strong>.<br />
— <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> réactives : Rc 180 j très légèrement<br />
supérieure à 100 bars (fig. 8, courbe B);<br />
— <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> faiblement réactives : Rc 180 j très<br />
en dessous des 100 bars (fig. 8, courbe C).<br />
Influence du type des <strong>pouzzolanes</strong> (aspect)<br />
Pour préciser l'influence de l'aspect des <strong>pouzzolanes</strong><br />
sur leur réactivité à la chaux, nous avons r<strong>et</strong>enu <strong>les</strong><br />
matériaux provenant du gisement situé sur le versant<br />
est du puy de Paugniat, remarquable par la grande<br />
variété de ses échantillons. Pour c<strong>et</strong>te phase d'étude,<br />
nous avons testé :<br />
— la pouzzolane moyenne correspondant à la produc<br />
tion de la carrière,<br />
— <strong>les</strong> bombes volcaniques rouges,<br />
— <strong>les</strong> ponces rouges à vésicu<strong>les</strong> très fines,<br />
— <strong>les</strong> scories noires <strong>et</strong> légères,<br />
— <strong>les</strong> hélices de couleurs jaune <strong>et</strong> grise (très dense),<br />
— <strong>les</strong> blocs à inclusions granitiques.<br />
Afin de faciliter la sélection des divers échantillons,<br />
74<br />
nous n'avons r<strong>et</strong>enu que des éléments de calibre supé-<br />
rieurà20 mm. Après lavage sur une grille de 20 mmces<br />
Concassage<br />
Broyage<br />
0/20<br />
Traitement<br />
20/D<br />
0/4<br />
0/D<br />
Lavage<br />
Décomposition<br />
I I I I<br />
Recomposition<br />
0/2<br />
Fig. 9 - Schéma d'élaboration de <strong>pouzzolanes</strong><br />
pour études en laboratoire.<br />
Fines<br />
Analyses<br />
matériaux subissent un premier concassage qui leur<br />
confère une granularité 0/20. Un broyage (broyeur à<br />
marteaux) de ce 0/20 perm<strong>et</strong> d'obtenir un sable 0/4 qui<br />
est ensuite décomposé granulométriquement par voie<br />
sèche. Chaque fraction est alors lavée <strong>et</strong> séchée à<br />
105 °C avant d'être utilisée pour la recomposition d'un<br />
sable 0/2 de granularité identique pour tous <strong>les</strong> échan<br />
tillons (fig. 9).<br />
L'identification de chacun des constituants ainsi éla<br />
borés a donné <strong>les</strong> résultats du tableau II.<br />
TABLEAU II<br />
Caractéristiques physiques des <strong>pouzzolanes</strong><br />
Echantillons<br />
de <strong>pouzzolanes</strong><br />
de Paugniat<br />
Poids<br />
spécif.<br />
Sable 0/2 Fines<br />
Teneur<br />
en fines<br />
(%)<br />
Poids<br />
spécif.<br />
Surf,<br />
spéc.<br />
Blaine<br />
(cm 2 /g)<br />
Pouzzolane moy. 2,64 13 2,91 1400<br />
Bombes rouges 2,89 12,5 3,00 1200<br />
Ponces rouges 2,93 14 3,03 1300<br />
Scories noires 2,78 13 2,89 1300<br />
Hélices jaunes 2,95 13 3,08 1300<br />
Avec inclusions 2,73 14 2,85 1300<br />
A partir de l'ensemble de ces sab<strong>les</strong> 0/2, des éprouv<strong>et</strong>-<br />
tes de liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux (diamètre 50 mm, élan<br />
cement 2) ont été confectionnées avec <strong>les</strong> composi<br />
tions définies précédemment.<br />
L'évolution des propriétés liantes de ces mélanges a<br />
été suivie en déterminant la résistance à la rupture en<br />
compression simple des éprouv<strong>et</strong>tes après conserva<br />
tion à 20 °Cenétuisétanchesde7, 28, 60 <strong>et</strong> 90 jours. La<br />
résistance initiale à Ojour a été mesurée immédiate<br />
ment après compactage des éprouv<strong>et</strong>tes.<br />
La comparaison des densités sèches (yd) de confection<br />
des éprouv<strong>et</strong>tes avec le poids spécifique (ys) des sab<strong>les</strong><br />
0/2 respectifs montre que le rapport le plus élevé est<br />
obtenu avec <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> types broyées en carrière<br />
<strong>et</strong> seulement recomposées en laboratoire (tableau III).<br />
TABLEAU III<br />
Caractéristiques de confection des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
Echantillons<br />
de <strong>pouzzolanes</strong><br />
de Paugniat<br />
yàlys<br />
Pouzzolane moyenne 1,92 0,728<br />
Bombes rouges 2,03 0,702<br />
Ponces rouges 2,05 0,700<br />
Scories noires 2,00 0,720<br />
Hélices jaunes 2,08 0,706<br />
Avec inclusions 1,93 0,707<br />
L'évolution des résistances à la rupture en compres<br />
sion simple, déterminée sur chaque type de pouzzo<br />
lane (fig. 10), perm<strong>et</strong> de tirer <strong>les</strong> conclusions suivan<br />
tes :<br />
— <strong>les</strong> différences ne commencent à se manifester qu'à<br />
partir de 28 jours;
A Rc (bar)<br />
Pouzzolanes types<br />
Bombes volcaniques<br />
7 28 60 90<br />
Fig. 10 - Influence de l'aspect sur <strong>les</strong> performances mécaniques.<br />
— <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> provenant des scories légères noi<br />
res sont <strong>les</strong> plus réactives <strong>et</strong> sont largement plus per<br />
formantes à partir de 60 jours que la pouzzolane<br />
moyenne;<br />
— <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> élaborées à partir des bombes <strong>et</strong><br />
des ponces rouges sont sensiblement équivalentes en<br />
tre el<strong>les</strong> du point de vue de leur réactivité vis-à-vis de la<br />
chaux, mais <strong>les</strong> performances mécaniques dévelop<br />
pées sont beaucoup plus faib<strong>les</strong> que cel<strong>les</strong> de la pouz<br />
zolane moyenne;<br />
— <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> issues des inclusions granitiques<br />
<strong>et</strong> des hélices compactes jaunes affichent des perfor<br />
mances n<strong>et</strong>tement plus faib<strong>les</strong> que <strong>les</strong> précédentes, <strong>et</strong><br />
ne semblent plus être tout à fait des <strong>pouzzolanes</strong> : il<br />
convient cependant de remarquer que ces matériaux<br />
ne constituent qu'une très infime partie du gisement<br />
(certainement inférieure à 1 %).<br />
Influence de la couleur des <strong>pouzzolanes</strong><br />
Pour étudier l'influence de la coloration des pouzzola<br />
nes sur leur réactivité à la chaux, nous avons r<strong>et</strong>enu des<br />
scories provenant de la carrière Spase à Thueyts : ce<br />
gisement est en eff<strong>et</strong> reconnu comme étant le plus<br />
riche en variétés de couleurs. Pour c<strong>et</strong>te seconde<br />
phase d'étude nous avons testé six types d'échantil<br />
lons :<br />
— la pouzzolane moyenne correspondante la produc<br />
tion de la carrière,<br />
— <strong>les</strong> scories rouges,<br />
— <strong>les</strong> scories brunes,<br />
t(j)<br />
— <strong>les</strong> scories viol<strong>et</strong>tes,<br />
— <strong>les</strong> scories noires,<br />
— <strong>les</strong> scories bleues.<br />
La préparation des échantillons s'est effectuée dans <strong>les</strong><br />
mêmes conditions que pour l'étude précédente. Leur<br />
identification a donné <strong>les</strong> résultats du tableau IV.<br />
TABLEAU IV<br />
Caractéristiques physiques des <strong>pouzzolanes</strong><br />
Echantillons<br />
de <strong>pouzzolanes</strong><br />
de Spase-Thueyts<br />
Poids<br />
spécifique<br />
Sable 0/2 Fines<br />
Teneur en<br />
fines (%)<br />
Poids<br />
spécifique<br />
Surface<br />
spécifique<br />
Blaine (erring)<br />
Pouzzolane moy. 2,55 14 2,93 1800<br />
Scories rouges 2,95 13 3,08 1400<br />
Scories brunes 2,69 12 2,83 1300<br />
Scories viol<strong>et</strong>tes 2,92 14 3,11 1900<br />
Scories noires 2,81 14 2,96 1600<br />
Scories bleues 2,74 12 2,89 1400<br />
<strong>Les</strong> éprouv<strong>et</strong>tes cylindriques (diamètre 500 mm - hau<br />
teur 100 mm) confectionnées à partir de ces sab<strong>les</strong> 0/2<br />
ont été compactées aux densités sèches indiquées<br />
dans le tableau V.<br />
TABLEAU V<br />
Caractéristiques de confection des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
Echantillons<br />
de <strong>pouzzolanes</strong><br />
de Thueyts<br />
ydlys<br />
Pouzzolane moyenne 1,90 0,745<br />
Scories rouges 2,05 0,712<br />
Scories brunes 1,91 0,710<br />
Scories viol<strong>et</strong>tes 2,00 0,686<br />
Scories noires 2,00 0,712<br />
Scories bleues 1,91 0,697<br />
Le suivi de l'évolution des performances mécaniques<br />
en fonction du temps de conservation (fig. 11) perm<strong>et</strong><br />
dé constater que :<br />
— <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> noires sont très n<strong>et</strong>tement plus<br />
réactives ;<br />
— <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> rouges, viol<strong>et</strong>tes <strong>et</strong> brunes sont<br />
sensiblement comparab<strong>les</strong> entre el<strong>les</strong>;<br />
— <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> bleues sont un peu moins réactives<br />
que toutes <strong>les</strong> précédentes;<br />
— la réactivité des <strong>pouzzolanes</strong> à la chaux est n<strong>et</strong>te<br />
ment moins influencée par <strong>les</strong> variations de coloration<br />
que par cel<strong>les</strong> de texture;<br />
— c<strong>et</strong>te dernière étude réduit à néant le préjugé selon<br />
lequel <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> noires sont impropres aux utili<br />
sations routières.<br />
Influence de la finesse des <strong>pouzzolanes</strong><br />
L'influence de la finesse des <strong>pouzzolanes</strong> sur leur réac<br />
tivité à la chaux a été déterminée à partir de sab<strong>les</strong><br />
présentant des teneurs en fines de 6,9 <strong>et</strong> 12 % (fig. 12).<br />
75
150r— Rc (bar)<br />
100<br />
50<br />
Pouzzolanes types<br />
Scories viol<strong>et</strong>tes<br />
• Scories rouges<br />
Scories brunes<br />
Scories bleues<br />
Scories noires<br />
7 28 60 90<br />
Fig. 11 - Influence de la couleur sur <strong>les</strong> performances mécaniques.<br />
« 100<br />
-0<br />
3<br />
% 90<br />
1 80<br />
t<br />
2 70<br />
0)<br />
0 60<br />
Dl<br />
ru<br />
1 50<br />
GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN<br />
« 100<br />
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3<br />
% 90<br />
1<br />
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t<br />
2 70<br />
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Dl<br />
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1 50<br />
« 100<br />
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% 90<br />
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80<br />
t<br />
2 70<br />
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1 50<br />
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% 90<br />
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1 40<br />
80<br />
t<br />
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Dl<br />
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80<br />
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t<br />
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« 100<br />
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1 50<br />
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t<br />
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1 50<br />
« 100<br />
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« 100<br />
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« 100<br />
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t<br />
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Dl<br />
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1 50<br />
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Dl<br />
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1 50<br />
« 100<br />
-0<br />
3<br />
% 90<br />
1<br />
Pouzzolanes à 6% de fines<br />
1 40<br />
\<br />
80<br />
t<br />
2 70<br />
0)<br />
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Dl<br />
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1 50<br />
« 100<br />
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3<br />
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1<br />
1 Il M I I I I II I M I<br />
40<br />
fir es<br />
v<br />
80<br />
t<br />
2 70<br />
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« 100<br />
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1<br />
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F Ol JZ z Ol îne s a 9"/ 3 C e fir es /<br />
\<br />
80<br />
t<br />
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Dl<br />
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1 50<br />
« 100<br />
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3<br />
% 90<br />
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1 40<br />
80<br />
t<br />
2 70<br />
0)<br />
0 60<br />
Dl<br />
ru<br />
1 50<br />
« 100<br />
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3<br />
% 90<br />
1<br />
1 40<br />
80<br />
t<br />
2 70<br />
0)<br />
0 60<br />
Dl<br />
ru<br />
1 50<br />
1 40<br />
30<br />
20<br />
\<br />
\<br />
• m m 10 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 50^ 20/J<br />
Fig. 0 12 - Courbes granulométriques des <strong>pouzzolanes</strong> étudiées.<br />
<strong>Les</strong> mélanges étudiés avaient tous la même composi<br />
tion :<br />
— 8 % de <strong>pouzzolanes</strong> broyées,<br />
— 20 % de chaux aérienne éteinte,<br />
— 9 % d'eau.<br />
76<br />
t(j)<br />
<strong>Les</strong> résultats obtenus lors des essais de rupture en<br />
compression simple sur éprouv<strong>et</strong>tes conservées de 0 à<br />
180 jours (fig. 13) montrent que:<br />
— dans <strong>les</strong> premiers jours, la teneur en fines n'a pas<br />
d'influence significative,<br />
— <strong>les</strong> premières différences n'apparaissent qu'à partir<br />
de 60 jours,<br />
— <strong>les</strong> performances développées à partir de l'âge pré<br />
cédent sont fortement influencées par <strong>les</strong> teneurs en<br />
fines : <strong>les</strong> meilleurs résultats étant acquis avec la plus<br />
forte teneur en fines.<br />
150<br />
100 —<br />
, Rc (bar)<br />
Fig. 13 - Courbes d'évolution des performances mécaniques (Rc) en<br />
fonction de l'âge <strong>et</strong> de la finesse des <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
Du fait de l'importance du paramètre finesse, il<br />
convient de lui accorder une certaine priorité dans le<br />
classement des <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
Par conséquent, le test de réactivité des <strong>pouzzolanes</strong><br />
est effectué sur le sable de référence (12 % fines) :<br />
lorsque c<strong>et</strong>te réactivité est jugée satisfaisante (Rc 180 j<br />
> 100 bars), la pouzzolane produite par une carrière est<br />
classée suivant sa teneur en fines (inférieures à 80 «).<br />
Actuellement, on peut distinguer trois classes de pouz<br />
zolanes pour emploi en technique routière (tableau VI).<br />
TABLEAU VI<br />
Classification des <strong>pouzzolanes</strong><br />
Classe de <strong>pouzzolanes</strong> I II III<br />
Refus au tamis de 5 mm (%) 0 0 0<br />
Refus au tamis de 4 mm (%) < 10 < 10 < 10<br />
Taux d'éléments compris<br />
entre 0,08 <strong>et</strong> 0,2 mm (%)<br />
> 8 > 8 > 8<br />
Teneur en fines (%) 6 à 10 10 à 14 14 à 18<br />
Dans le cas où <strong>les</strong> performances mécaniques à 6 mois<br />
sont insuffisantes, il convient de déclasser le matériau<br />
pouzzolanique. Par exemple une pouzzolane broyée à<br />
12 % de fines, dont la réactivité à la chaux est insuffi<br />
sante (Rc 180 j = 65 par exemple) sera déclassée de la
classe II, où elle devrait se trouver normalement, en<br />
classe I. De ce fait, il résultera un dosage en pouzzola<br />
nes plus élevé dans le mélange graves-<strong>pouzzolanes</strong>-<br />
chaux.<br />
La chaux<br />
Pendant longtemps <strong>les</strong> études de traitement des pouz<br />
zolanes par la chaux ont été basées sur la détermina<br />
tion de la réactivité des <strong>pouzzolanes</strong>, la chaux étant<br />
considérée comme une « entité » <strong>et</strong> seul son eff<strong>et</strong> mas<br />
sique étudié au détriment de son comportement pro<br />
pre.<br />
La quantité de chaux ajoutée aux <strong>pouzzolanes</strong> pour la<br />
mise au point de liants pouzzolaniques joue un rôle<br />
considérable dans la cinétique de prise de ces liants.<br />
Cependant, si elle constitue un facteur prépondérant, il<br />
ne faut pas négliger le rôle que peut jouer la nature<br />
même de c<strong>et</strong>te chaux.<br />
En eff<strong>et</strong>, la composition minéralogique des chaux aé<br />
riennes industriel<strong>les</strong> varie fortement d'un centre de<br />
production à l'autre. Il convient de se souvenir qu'en<br />
raison du début de clinkérisation qui se produit dans<br />
<strong>les</strong> fours à chaux, 5 % d'argi<strong>les</strong> dans la matière pre<br />
mière peuvent donner jusqu'à 20 % dans le produit fini<br />
de constituants analogues à ceux que l'on trouve dans<br />
Rc (bar)<br />
0 1 I I I I 1 I I I I I I I I l 1 I I I l»l<br />
0 10 20 30 40<br />
Chaux (%)<br />
Fig. 14 - Influence du dosage en chaux sur <strong>les</strong> performances<br />
mécaniques du liant.<br />
<strong>les</strong> ciments portlands anhydres. Il en résulte que 10 à<br />
15 % de CaO ne peuvent plus être comptés comme<br />
chaux libre puisqu'ils sont combinés sous forme<br />
d'aluminates <strong>et</strong> de silicates.<br />
Influence de la teneur en chaux<br />
Pour préciser l'influence de la teneur en chaux sur <strong>les</strong><br />
performances intrinsèques des liants <strong>pouzzolanes</strong>-<br />
chaux, plusieurs séries de mélanges ont été testées.<br />
Leurs compositions voyaient fluctuer leur teneur en<br />
chaux entre 2 <strong>et</strong> 40 %, avec une teneur en eau<br />
constante (8 %) : <strong>les</strong> évolutions des performances mé<br />
caniques ont été suivies jusqu'à 2 ans d'âge.<br />
<strong>Les</strong> résultats obtenus (fig. 14) m<strong>et</strong>tent en évidence une<br />
croissance sensible des dosages optimaux en chaux<br />
éteinte avec la durée de conservation avant essais de<br />
rupture pour toutes <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> étudiées. Ces ac<br />
croissements, correspondant à la consommation de<br />
chaux, montrent bien que <strong>les</strong> réactions chaux-<br />
<strong>pouzzolanes</strong> continuent à se développer après un an<br />
d'âge.<br />
Rc (bar)<br />
Rc (bar)<br />
i.<br />
140 —<br />
120 —<br />
100 —<br />
0 28 60 90 1 20 1 50 1 80<br />
1 - Très réactives<br />
J I I I I I J<br />
0 28 60 90 1 20 1 50 1 80<br />
2 - Peu réactives<br />
Fig. 15 - Pouzzolanes d'Auvergne traités par 20 % de chaux contenant<br />
soit 3 %, soit 12 % de constituants clinkérisés: variation des<br />
résistances à la compression en fonction du temps.<br />
t(j)<br />
t(j)<br />
77
Influence de la nature de la chaux<br />
Pour c<strong>et</strong>te étude, le choix s'est porté sur deux chaux<br />
éteintes industriel<strong>les</strong> qui se distinguent par des teneurs<br />
très différentes en constituants clinkérisés (3 <strong>et</strong> 12 %).<br />
Deux <strong>pouzzolanes</strong> de réactivité très différente ont été<br />
successivement traitées par <strong>les</strong> deux types de chaux<br />
précédents.<br />
<strong>Les</strong> résultats obtenus (fig. 15) montrent que :<br />
— la nature de la chaux joue une rôle non négligeable<br />
dans la prise des liants <strong>pouzzolanes</strong>-chaux,<br />
— la présence de constituants clinkérisés dans <strong>les</strong><br />
chaux aériennes constitue un élément favorable,, du fait<br />
de l'accélération provoquée de la prise.<br />
La teneur en eau<br />
L'optimum de teneur en chaux ayant été défini, il<br />
convient alors de préciser l'évolution des résistances à<br />
la compression simple en fonction de l'eau introduite<br />
dans le mélange au malaxage. La conduite de c<strong>et</strong>te<br />
étude est restée très voisine de la précédente ; <strong>les</strong> mé<br />
langes étudiés étaient réalisés à partir de 80 % de<br />
pouzzolane <strong>et</strong> de 20 % de chaux éteinte, dosage opti<br />
mal moyen obtenu au cours des études précédentes<br />
conduites sur plusieurs <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
<strong>Les</strong> résultats obtenus montrent qu'il ne se produit au<br />
cune prise pour des teneurs en eau inférieures à 4 %,<br />
puisque <strong>les</strong> performances croissent jusqu'à un opti<br />
mum qui se situe entre 8 <strong>et</strong> 13 %. C<strong>et</strong>te étude précise<br />
donc bien le rôle de l'eau dans la prise des liants<br />
<strong>pouzzolanes</strong>-chaux (fig. 16) <strong>et</strong> confirme l'étude réali<br />
sée pour l'explication des mécanismes de cohésion,<br />
détaillée précédemment.<br />
CONCLUSIONS<br />
<strong>Les</strong> résultats obtenus dans c<strong>et</strong>te étude ont permis de<br />
montrer que l'apparition de la cohésion s'explique par<br />
la formation de silicates calciques hydratés. Cela est<br />
illustré par <strong>les</strong> courbes d'évolution dans le temps des<br />
résistances mécaniques en fonction de l'alumine <strong>et</strong> de<br />
la silice solub<strong>les</strong>, de la chaux libre <strong>et</strong> de l'eau consom<br />
mée par <strong>les</strong> réactions d'hydratation.<br />
78<br />
0 2 4 6 8 10 12 14<br />
Fig. 16 - Influence du dosage en eau sur <strong>les</strong> performances<br />
mécaniques du liant.<br />
w (%)<br />
Nous avons étudié <strong>les</strong> rô<strong>les</strong> respectifs des composants<br />
du liant.<br />
Pour la pouzzolane, la finesse est l'élément dominant<br />
pour l'obtention de bonnes performances mécani<br />
ques; mais il faut y ajouter son origine <strong>et</strong> son aspect qui<br />
déterminent sa réactivité intrinsèque.<br />
En ce qui concerne la chaux, dont le rôle est parfois<br />
sous-estimé, l'étude montre qu'en plus de son action<br />
comme activant, nécessaire à la formation de compo<br />
sés hydratés (fonction donatrice d'oxyde de calcium),<br />
la présence de constituants du clinker portland peut<br />
jouer un rôle dans l'évolution des résistances mécani<br />
ques.<br />
L'eau est un élément fondamental qui perm<strong>et</strong> au départ<br />
la solubilisation des éléments actifs <strong>et</strong> qui entre dans la<br />
composition des phases néoformées génératrices de la<br />
cohésion.
POUZZOLANES ET BASALTES<br />
Définition<br />
La place des graves - <strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
en technique routière<br />
s<br />
RÉSUMÉ<br />
P. LAMBERT<br />
Assistant<br />
R. RIEU<br />
Technicien supérieur<br />
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand<br />
La technique des graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux a été expérimentée en 1968 dans le Puy-de-<br />
IDôme <strong>et</strong> s'est ensuite progressivement étendue dans ce département pour la réalisation de<br />
chantiers de renforcements coordonnés <strong>et</strong> de chaussées neuves à fort trafic.<br />
Depuis sa création, <strong>les</strong> techniques de fabrication <strong>et</strong> de mise en œuvre, décrites dans<br />
l'article, ont suivi l'évolution du matériel.<br />
Le matériau peut être mis en place par temps de pluie <strong>et</strong> sous circulation sans inconvénient.<br />
Le comportement des chaussées dotées d'une assise en Gpz est satisfaisant. <strong>Les</strong> performances<br />
à long terme sont intéressantes malgré une évolution lente de la prise. Le bien-fondé du<br />
|j dimensionnement reposant sur l'analogie Gpz/graves-laitier est confirmé dans le Catalogue des<br />
structures types de chaussées, de 1977.<br />
jj MOTS CLÉS : 33 - Assise traitée - Granulom<strong>et</strong>rie continue - Granulat - Pouzzolane - Chaux -<br />
% Mélange - Fabrication - Mise en œuvre - Pluie - Renforcement (chaussée) - Surveillance -<br />
* Chantier - Planche Expérimentale - Construction routière - Déformation - Epaisseur - Expérimentation<br />
- Composition du mélange - Granulante - Résistance (mater.) - Mécanique.<br />
<strong>Les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> naturel<strong>les</strong> transformées en sable<br />
pourvu de fines (fig. 1), <strong>et</strong> associées à la chaux en<br />
présence d'eau, forment des liants aptes au traitement<br />
des graves. Cela étant, le Laboratoire régional de<br />
Clermont-Ferrand a étudié, dès 1969, <strong>les</strong> mélanges<br />
graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux.<br />
On appelle grave-pouzzolane-chaux le mélange com<br />
posé de grave, de pouzzolane broyée, de chaux <strong>et</strong><br />
d'eau. <strong>Les</strong> proportions de chaque constituant sont tel<br />
<strong>les</strong> que le produit final doit satisfaire à des exigences à<br />
la fois techniques <strong>et</strong> économiques.<br />
Parmi <strong>les</strong> liants (mélange de pouzzolane, de chaux <strong>et</strong><br />
d'eau) nous en choisissons un qui, par sa composition,<br />
donne sensiblement <strong>les</strong> meilleures résistances à la<br />
compression simple, il s'agit du mélange 80 % de<br />
Bull. Liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch. - 93 - janv.-févr. 1978 - Réf. 2142<br />
-S 100<br />
1 90<br />
l 60<br />
eu<br />
I 70<br />
S 60<br />
(/><br />
OJ<br />
"o 50<br />
eu<br />
I ¿0<br />
§ 30<br />
I 20<br />
CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN<br />
V<br />
• mm 1 0 200 100 50 20 10 5 1 0,5 0,2 0.1 50u 20u<br />
Fig. 1 - Courbe granulométrique du sable de pouzzolane utilisé dans<br />
l'étude de l'influence de la teneur en chaux <strong>et</strong> de la teneur en eau.<br />
\<br />
79
pouzzolane <strong>et</strong> 20 % de chaux (fig. 2 <strong>et</strong> tableau I). <strong>Les</strong><br />
résistances mécaniques sont légèrement inférieures<br />
aux résistances maxima<strong>les</strong>, mais par la suite une telle<br />
composition perm<strong>et</strong> de mélanger <strong>les</strong> matériaux dans<br />
des proportions représentées par des nombres entiers.<br />
Fig. 2 - Evolution de la résistance à la compression simple en fonction<br />
du temps du mélange de 80 % de pouzzolane, 20 %de chaux, plus 8 %<br />
d'eau.<br />
TABLEAU I<br />
Caractéristiques chimiques <strong>et</strong> minéralogiques<br />
de la chaux utilisée pour <strong>les</strong> études de<br />
graves-<strong>pouzzolanes</strong><br />
Teneur en chaux libre (Leduc) (%) 70<br />
Eléments > 80 p (%) 0,5<br />
Surf, spécif. Blaine (cm 2<br />
/g) 11500<br />
Ca(OH) 2 (%) 85,84<br />
CaO<br />
CaC03 (%)<br />
traces<br />
7,60 j S¡0 Impur<strong>et</strong>é hydraulique globale<br />
(caractérisée par la solubilité<br />
2 0,50<br />
I MA 0,23<br />
j Fe dans HCI 1/20) (%)<br />
203 0,31<br />
6,38 ( MgO 0,34<br />
Impur<strong>et</strong>és non hydrauliques<br />
J Na20 0,04<br />
I K (argi<strong>les</strong>) (%)<br />
20 0,64<br />
0,22 \ CaO 4,32<br />
• mm 200 100 50 0,2 0.1 50*j 20u<br />
Fig. 3 - Courbes granulométriques des granulats d'origine alluvionnaire<br />
élaborés suivant <strong>les</strong> fractions 0/6, 6/12, 12/20.<br />
80<br />
Ce liant est utilisé pour traiter un ensemble de graves<br />
0/20. Pour c<strong>et</strong>te étude il a été fait appel aux granuláis<br />
alluvionnaires d'Allier, formés essentiellement de granités<br />
<strong>et</strong> de <strong>basaltes</strong> en proportions sensiblement éga<strong>les</strong><br />
<strong>et</strong> dont le Los Ange<strong>les</strong> moyen est de 22. <strong>Les</strong> matériaux<br />
présentant un indice de concassage de 100 sont élaborés<br />
en trois fractions 0/6, 6/12, 12/20 (fig. 3). L'équivalent<br />
de sable est supérieur à 60.<br />
A partir des coupures réalisées, trois matériaux de granulantes<br />
différentes ont été reconstitués approximativement<br />
à la limite supérieure, au milieu <strong>et</strong> à la limite<br />
inférieure du fuseau Robin lorsqu'ils sont mélangés au<br />
liant déjà présenté (fig. 4).<br />
.S 100<br />
1 90<br />
l 80<br />
I 70<br />
î<br />
6 0<br />
*° 50<br />
CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN<br />
1<br />
\ v N<br />
\l<br />
•<br />
\<br />
\<br />
N \<br />
2 \ 1\<br />
-s 40<br />
100<br />
90 + t<br />
80 •<br />
70<br />
60<br />
50-<br />
40-<br />
30<br />
20<br />
1 0 -<br />
Granularità<br />
7d<br />
R (bari<br />
c<br />
71 f<br />
- -i<br />
Mélange -7Q / 3Q<br />
1 2 3<br />
en ai<br />
es M<br />
CM I CM CM I<br />
75/251<br />
° ° o<br />
° ° o<br />
o ° - o<br />
3 0 7 j 28 j<br />
O o<br />
o o °<br />
O O<br />
5 O<br />
3 O<br />
"4<br />
CM<br />
rsf CM<br />
80/20<br />
10<br />
6.<br />
1 -<br />
+<br />
+ +<br />
Rt (bar)<br />
'/"V<br />
I R,<br />
M;-<br />
- A<br />
I v<br />
70/30<br />
IR <strong>et</strong> IR t à 28 j A IR C <strong>et</strong> IR t à 60 j<br />
i i û<br />
1 û A A<br />
A A A<br />
ù ' A û û 60 i 90 j 180 j<br />
A û<br />
A<br />
A ù<br />
A<br />
A A<br />
A<br />
1<br />
7T"<br />
1 2 3<br />
of<br />
75/25<br />
365 j *"<br />
+ -r<br />
1 2 3<br />
(N CM (N<br />
80/20<br />
g. 5 - Evolution au cours du temps de la résistance à la compression <strong>et</strong> de la résistance à la traction d'éprouv<strong>et</strong>tes 10/20 de différentes compositions,<br />
sans immersion, conservées à 20 ±2 °C, ou après immersion, conservées à 20 ±2 °C avant l'Immersion.<br />
Rc : résistance à la rupture en compression simple,<br />
Rt : résistance à la rupture en compression diamétrale (brésilien)<br />
IRC : résistance à la rupture en compression simple après immersion<br />
IR, : résistance à la rupture en compression diamétrale après Immersion.<br />
730 .<br />
81
pression <strong>les</strong> plus élevées sont obtenues avec le plus<br />
fort pourcentage de liant; par contre, il semble que le<br />
pourcentage moyen soit plus favorable pour <strong>les</strong> résistances<br />
à la traction.<br />
Pour <strong>les</strong> mélanges de compositions identiques, <strong>les</strong> résistances<br />
varient selon la granularité de la grave. En<br />
général, <strong>les</strong> résistances à la compression atteignent <strong>les</strong><br />
plus fortes valeurs lorsque la granularité est proche de<br />
la limite supérieure du fuseau Robin. Par contre, <strong>les</strong><br />
résistances à la traction sont, en principe, maxima<strong>les</strong><br />
quand la granularité est proche de la moyenne du fuseau<br />
Robin. Dans l'ensemble, <strong>les</strong> rapports Rc/Rt sont<br />
plus faib<strong>les</strong> pour des mélanges satisfaisant à c<strong>et</strong>te<br />
dernière granularité. L'immersion des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
pendant 14 <strong>et</strong> 28 jours, dans une eau maintenue à 20 °C<br />
après 14 <strong>et</strong> 28 jours de conservation dans l'air à 20<br />
± 2 °C, n'entraîne qu'une chute modeste des résistances.<br />
<strong>Les</strong> rapports IRC/RC sont supérieurs ou voisins de 0,8.<br />
D'autres études montrent l'importance de l'origine<br />
géologique des graves, <strong>les</strong> meilleurs résultats étant<br />
obtenus avec des matériaux d'origine basaltique<br />
(hg. 7).<br />
7 28 60 90 180 365 730<br />
Fig. 7 - Evolution des résistances à la compression simple de graves<br />
0/20 d'origine géologique différente.<br />
Planches expérimenta<strong>les</strong><br />
L'utilisation des matériaux locaux doit toujours être<br />
recherchée. Elle évite des frais de transport <strong>et</strong> perm<strong>et</strong> à<br />
la région où se réalise l'investissement d'en r<strong>et</strong>irer plus<br />
complètement le bénéfice économique indirect.<br />
Le département du Puy-de-Dôme a contribué à la mise<br />
au point des graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux apportant<br />
ainsi son aide à la Direction des routes; <strong>les</strong> résultats ont<br />
été satisfaisants puisque la technique la plus utilisée<br />
dans ce département pour <strong>les</strong> travaux de renforcement<br />
82<br />
TABLEAU II<br />
Tonnage approximatif de graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
mis en œuvre depuis 1970 sur <strong>les</strong> chaussées<br />
<strong>les</strong> plus circulées du département du Puy-de-Dôme<br />
1970 100 000<br />
1971 250 000<br />
1972 300 000<br />
1973 208 000<br />
1974 450 000<br />
1975 450 000<br />
1976 250 000<br />
t (¡1<br />
des routes du schéma directeur de construction de<br />
chaussées neuves à fort trafic <strong>et</strong> de grosses réparations<br />
sur <strong>les</strong> chemins départementaux est celle de la gravepouzzolane-chaux.<br />
On compte à l'heure actuelle plus de 2 millions de tonnes<br />
de graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux mises en œuvre (tableau<br />
II) qui ont fait l'obj<strong>et</strong> de contrô<strong>les</strong> par le laboratoire.<br />
Cependant, une multitude de p<strong>et</strong>its chantiers sur<br />
<strong>les</strong>quels ces matériaux sont employés échappent à ce<br />
recensement qui, s'il était compl<strong>et</strong>, montrerait que<br />
c<strong>et</strong>te technique est présente sur plus de 500 km de<br />
chaussées à deux voies parmi <strong>les</strong>quel<strong>les</strong> se trouvent <strong>les</strong><br />
chaussées <strong>les</strong> plus circulées du département.<br />
Planche expérimentale <strong>et</strong> chantier de mesure<br />
Enfin, si à partir de 1970 la technique des graves<strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
a été vraiment appliquée à<br />
l'échelle industrielle par tout temps (beau temps <strong>et</strong><br />
période pluvieuse) (fig. 8-9-10 <strong>et</strong> 11) suivant <strong>les</strong> bases<br />
décrites ci-dessus, <strong>les</strong> premières expériences remontent<br />
à la fin 1968 sur deux tronçons de chaussée; il<br />
s'agissait :<br />
— du renforcement du CD 54 entre Lussat <strong>et</strong> la<br />
RN 493,<br />
— d'une construction neuve lors de la rectification du<br />
CD 6 entre Saint-Beauzire <strong>et</strong> le CD 54 dans le département<br />
du Puy-de-Dôme.<br />
A l'époque, <strong>les</strong> matériaux utilisés pour la fabrication de<br />
la grave-pouzzolane-chaux destinée à constituer la<br />
couche de base de ces chaussées sur une épaisseur de<br />
15 cm comprenaient :<br />
— 80 % de graves d'Allier 0/25 partiellement concassées<br />
<strong>et</strong> non reconstituées,<br />
— 20 % de pouzzolane broyée 0/3 provenant des puys<br />
de Tuniz<strong>et</strong> <strong>et</strong> de Paugnat,<br />
— 3 % de chaux éteinte de Gannat.<br />
La mise en œuvre a été réalisée en septembre <strong>et</strong> octobre<br />
1968 pour le CD 54 <strong>et</strong> en novembre pour le CD 6.<br />
La surface de la grave-pouzzolane a été protégée de la<br />
dessication par une couche de cure à l'émulsion de<br />
bitume à pH > 4.<br />
Pour perm<strong>et</strong>tre la circulation des poids lourds, nombreux<br />
sur c<strong>et</strong> itinéraire (transport de graves d'Allier <strong>et</strong><br />
de b<strong>et</strong>teraves à sucre), un bicoucheaété réalisé à l'aide<br />
de granulats basaltiques 10/14 <strong>et</strong> 4/6 <strong>et</strong> d'émulsion de<br />
bitume. La couche de roulement normalement prévue<br />
de 100 kg/m 2 d'enrobés basaltiques 0/10 a été appliquée<br />
lors de la campagne annuelle d'enrobés de l'été<br />
1969.<br />
L'évolution de la prise de la grave-pouzzolane a été<br />
normale sur la plus grande partie du tronçon, sauf sur<br />
une p<strong>et</strong>ite partie du CD 6 où la grave-pouzzolane a subi<br />
une chute de neige <strong>et</strong> de gel avant le répandage de la<br />
couche de cure.<br />
Au cours de l'année 1971, c<strong>et</strong>te technique aété utilisée<br />
pour la première fois, à titre expérimental, dans le cadre<br />
des renforcements coordonnés, sur la RN 89 entre La<br />
Cassière <strong>et</strong> Rochefort-Montagne dans le Puy-de-<br />
Dôme.<br />
Compte tenu des études de laboratoire, d'une part, <strong>et</strong><br />
des résultats obtenus sur <strong>les</strong> chantiers réalisés en 1968
Fig. 8 - Centrale de malaxage.<br />
Fig. 10 - Aspect de l'état de surface de la couche de gravepouzzolane-chaux<br />
après une p<strong>et</strong>ite averse. On remarque le mortier<br />
formant joint autour des grains du voisinage.<br />
<strong>et</strong> 1970, d'autre part, le dosage en chaux a été légère<br />
ment diminué. Le mélange suivant a été utilisé :<br />
— 77 % de graves 0/20 concassées reconstituées,<br />
— 20 % de pouzzolane broyée 0/3,<br />
— 3 % de chaux.<br />
Chantiers<br />
La technique grave-pouzzolane-chaux étant entrée<br />
dans l'arsenal des techniques utilisées pour <strong>les</strong> renfor<br />
cements coordonnés, son emploi a été généralisé <strong>les</strong><br />
années suivantes. Un premier chantier expérimental a<br />
été réalisé en 1972 sur la RN 89 à l'ouest de Clermont-<br />
Ferrand (en m<strong>et</strong>tant en œuvre de la grave-<br />
pouzzolane-chaux en différentes épaisseurs) dans le<br />
but de vérifier le bien-fondé des hypothèses de dimen-<br />
sionnement résultant de l'analogie avec <strong>les</strong> graves-<br />
laitier, faites dès le début de l'utilisation de c<strong>et</strong>te tech<br />
nique. Pour cela, nombre d'observations <strong>et</strong> de mesures<br />
ont été faites à partir de la surface de la chaussée, mais<br />
comme <strong>les</strong> méthodes actuel<strong>les</strong> de dimensionnement<br />
des chaussées font appel aux modè<strong>les</strong> mathématiques<br />
multicouches représentatifs de la route, la connais-<br />
Fig. 9 - Compactage de la grave pouzzolane au cylindre vibrant <strong>et</strong> au<br />
compacteur à pneus. La circulation importante sur c<strong>et</strong>te section de la<br />
RN 89 n'apporte pas de perturbations dans l'exécution du travail.<br />
Fig. 11 - Etat de la surface de la couche de grave-pouzzolane-chaux<br />
après une forte averse.<br />
sance des contraintes induites par la circulation est<br />
nécessaire. Malheureusement la mesure d'une<br />
contrainte est particulièrement difficile, celle-ci se ma<br />
nifestant surtout par ses eff<strong>et</strong>s. C'est pourquoi on fait<br />
appel pour le besoin de l'expérience à des appareils<br />
appelés jauges que l'on place à différents niveaux dans<br />
<strong>les</strong> couches de chaussées pour mesurer <strong>les</strong> déforma<br />
tions. Ces jauges perm<strong>et</strong>tent de mesurer <strong>les</strong> allonge<br />
ments réels qui se produisent dans la structure sous<br />
l'action des charges extérieures.<br />
<strong>Les</strong> caractéristiques particulièrement médiocres de<br />
l'ancienne chaussée nous ont conduits à implanter un<br />
nombre élevé de jauges en vue :<br />
— d'étudier <strong>les</strong> extensions maxima<strong>les</strong> subies par la<br />
grave-pouzzolane au cours de son évolution,<br />
— d'étudier <strong>les</strong> sollicitations au niveau de la couche de<br />
roulement,<br />
— de comparer <strong>les</strong> déformations pour deux épais<br />
seurs de renforcement,<br />
— d'apprécier <strong>les</strong> influences de l'état du support sur le<br />
comportement des matériaux mis en œuvre,<br />
83
— de connaître <strong>les</strong> conditions à l'interface renforcement<br />
- ancienne chaussée (interface non glissant ou<br />
interface glissant).<br />
Cel<strong>les</strong>-ci ont été disposées sous <strong>les</strong> pistes de roues<br />
d'une voie de circulation à différentes profondeurs <strong>et</strong><br />
selon deux directions :<br />
— jauges longitudina<strong>les</strong> pour mesurer <strong>les</strong> déformations<br />
parallè<strong>les</strong> à l'axe de la chaussée,<br />
— jauges transversa<strong>les</strong> pour mesurer <strong>les</strong> déformations<br />
perpendiculaires à l'axe de la chaussée.<br />
C<strong>et</strong>te section expérimentale est définie sur la RN 89 à la<br />
sortie ouest de Clermont-Ferrand, entre Ceyrat <strong>et</strong> Theix<br />
PK 69,800 à 70,300 :<br />
— Nombre de jours de gel moyen : 90 jours,<br />
— Pluviométrie annuelle : 900 à 1 000 mm,<br />
— Trafic PUj : environ 350 sur la voie la plus chargée.<br />
Déformabilité de la chaussée avant renforcement<br />
La chaussée présentait des caractéristiques légèrement<br />
défavorab<strong>les</strong>, davantage à l'axe qu'en rives. D'ailleurs<br />
<strong>les</strong> dégradations apparaissaient essentiellement<br />
dans la partie centrale d'épaisseur moindre.<br />
<strong>Les</strong> valeurs mesurées caractérisant la déformabilité<br />
sont indiquées dans le tableau III.<br />
TABLEAU III<br />
la - Sous section<br />
PK 69,800 à 70,050<br />
(25 cm couche de base)<br />
Ib - Sous section<br />
PK 70,050 à 70,300<br />
(20 cm couche de base]<br />
Déflexions m + 2o<br />
(1/10 2<br />
Rayon de courbure<br />
mm) (m)<br />
Rive Axe Rive Axe<br />
130 140 76 45<br />
120 140 80 74<br />
Composition <strong>et</strong> caractéristiques du matériau de renforcement<br />
— Densité sèche OPM : 2,15 kg/cm 3 ,<br />
— Teneur en eau : 10 %,<br />
!<br />
77 % 0/20 grave alluv.<br />
20 % pouzzolane<br />
3 % chaux<br />
— Résistance à la compression : tableau IV.<br />
TABLEAU IV<br />
Résistance à la compression du matériau<br />
de renforcement (bar)<br />
7j 28 j 60 j 180 j<br />
5 15 24 40<br />
Structure théorique<br />
— Couche de roulement : béton bitumineux 0/10 basaltique<br />
5 cm<br />
— Couche de base : 25 cm sous section la PK 69,800 à<br />
70,050; 20 cm sous section Ib PK 70,050 à 70,300.<br />
84<br />
Contrô<strong>les</strong> de fabrication<br />
<strong>Les</strong> résultats des contrô<strong>les</strong> font ressortir <strong>les</strong> écarts suivants<br />
:<br />
— 2,08 < y d < 2,16 (toujours supérieurs à 95 % de<br />
l'OPM)<br />
— Teneur en chaux : 3,03 à 3,16 %.<br />
La qualité de la chaux était telle que le refus sur le tamis<br />
à 80 fi restait compris entre 6 <strong>et</strong> 17 %. La teneur en<br />
fines du mélange était plus faible que prévu.<br />
Déformabilité après renforcement (tableau V)<br />
Age<br />
TABLEAU V<br />
Déflexions m + 2n<br />
(1/10~ 2<br />
mm)<br />
Rayon de courbure<br />
moyen (m)<br />
1 an 10 à 35 1200 à 1300<br />
Qualité de la structure (tableau VI <strong>et</strong> fig. 12)<br />
Age<br />
TABLEAU VI<br />
Vibreur léger<br />
vitesse de Raileigh<br />
(m/s)<br />
18 mois 1100 à 1300<br />
Aspect visuel<br />
Carottage<br />
appréciation<br />
caractéristiques<br />
<strong>Les</strong> carottages montrent<br />
que la GPz est dans un état<br />
de prise correcte mais avec<br />
une liaison GPz-BB défectueuse<br />
Fig. 12 - Aspect de la<br />
grave-pouzzolane-chaux<br />
extraite de la chaussée<br />
par carottage dans<br />
chacune des structures.<br />
La liaison béton<br />
bitumineux-grave pouzzolane-chaux<br />
est défectueuse.<br />
Le comportement de la chaussée est satisfaisant. On<br />
note la présence de quelques fissures transversa<strong>les</strong> de<br />
r<strong>et</strong>rait.<br />
Mesures de déformation<br />
<strong>Les</strong> valeurs des déformations mesurées à différents<br />
niveaux en juill<strong>et</strong> 1974 sont inscrites ci-dessous :<br />
Section la<br />
Compression 0 à 12 cm<br />
Fibre neutre 12 cm<br />
Niveau 4 30 x10" 6<br />
Niveau 5 50x10 6<br />
Ane. chaussée 90 x10" 6<br />
Section Ib<br />
Compression 0 à 8 cm<br />
Fibre neutre 8 cm<br />
Niveau 4 40x10"<br />
Niveau 5 50x10" 6<br />
Ane. chaussée 90 x 10" 6<br />
La figure 13 donne une idée de l'évolution des déformations<br />
dans le temps suivant <strong>les</strong> niveaux considérés de la<br />
structure de 25 cm. D'une manière générale on voit que
BB<br />
5 cm<br />
Gpz<br />
25 cm<br />
Niveau 5<br />
Niveau fi 2 cm| Ancienne chaussée<br />
Moyenne '1 - 8° C ( Novembre 1972<br />
t2 = 9° C (<br />
t,= 8°C j<br />
t2 = 9° C i<br />
t, = 24°C )<br />
t2 = 22° C Ì<br />
ti =11"C )<br />
t2 = 10°C Ì<br />
t, = 6°C ><br />
Avril 1974<br />
t2 = 9°C i<br />
POUZZOLANES ET BASALTES<br />
Traitement des sab<strong>les</strong> alluvionnaires<br />
par le liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
RÉSUMÉ<br />
J.-M. GEOFFRAY<br />
Assistant<br />
R. VALLADEAU<br />
Technicien supérieur<br />
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand<br />
Le traitement des sab<strong>les</strong> par le liant pouzzolane-chaux perm<strong>et</strong> d'obtenir des mélanges à<br />
durcissement progressif <strong>et</strong> dont la portance immédiate est excellente.<br />
La fabrication <strong>et</strong> la mise en œuvre ne posent pas de problèmes particuliers.<br />
Le développement de c<strong>et</strong>te technique est assez fortement tributaire des contraintes<br />
économiques <strong>et</strong> ne pourra être assuré que si l'on parvient à en réduire le coût, notamment par une<br />
diminution des dosages en chaux.<br />
MOTS CLÉS : 33 - Sable - Alluvlon - Roulé - Traitement des assises - Pouzzolane - Chaux -<br />
Mélange - Composition du mélange - Résistance - Mécanique - Portance - Fabrication - Mise en<br />
Œuvre - Essai.<br />
Résumé de l'article de MM. Lambert <strong>et</strong> Rieu<br />
La place des graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux en technique routière<br />
L'utilisation des sab<strong>les</strong> dans la construction des<br />
chaussées présente un très grand intérêt. Leur traite<br />
ment au laitier granulé s'est déjà largement répandu,<br />
en particulier dans <strong>les</strong> régions riches en sab<strong>les</strong>.<br />
Bien que la région d'Auvergne dispose de réserves<br />
abondantes en matériaux de carrière de qualité, il se<br />
consomme néanmoins une quantité importante de<br />
granulats alluvionnaires pour <strong>les</strong> besoins du bâtiment,<br />
ce qui conduit à un excédent de sab<strong>les</strong> roulés 0/2.<br />
C<strong>et</strong> état de fait a conduit en 1973 à reconsidérer <strong>les</strong><br />
conditions d'emploi de ces matériaux <strong>et</strong> à <strong>les</strong> traiter à la<br />
pouzzolane sur le chantier de la sortie est de<br />
Clermont-Ferrand.<br />
Le sable utilisé se présente sous la forme d'un sable<br />
alluvionnaire provenant du. val d'Allier <strong>et</strong> présentant<br />
une forte teneur en éléments basaltiques (50 % envi<br />
ron) ; <strong>les</strong> stocks invendus de ce matériau croissent sans<br />
cesse du fait de la présence locale d'un grand nombre<br />
de matériaux de qualité supérieure <strong>et</strong> de prix de revient<br />
guère plus élevé. Le problème posé consistait donc à<br />
trouver une utilisation routière pour ce sable inutilisé.<br />
Nous nous proposons donc de montrer ici que <strong>les</strong> sa<br />
b<strong>les</strong> alluvionnaires du val d'Allier peuvent être traités<br />
par <strong>les</strong> liants <strong>pouzzolanes</strong>-chaux <strong>et</strong> développer alors<br />
des performances suffisantes pour un emploi en cou<br />
ches de fondation de chaussées à fort trafic.<br />
86<br />
CONSTITUANTS<br />
Sab<strong>les</strong><br />
Deux sab<strong>les</strong> distincts ont été utilisés pour la recompo<br />
sition du sable destiné au traitement :<br />
— un sable 0/2 du val d'Allier, qui constituait une quan<br />
tité considérable de matériau invendu;<br />
— un sable de concassage 0/6 de même origine, dont<br />
l'emploi étaita priori justifié par la nécessité d'incorpo<br />
rer un agent correcteur de granularité pouvant occa<br />
sionnellement jouer un rôle d'agent de cohésion.<br />
Le sable roulé provenait de la ballastiène FGTP située<br />
sur <strong>les</strong> rives de l'Allier près de la commune des<br />
Martres-d'Artière dans le département du Puy-de-<br />
Dôme. Ses principa<strong>les</strong> caractéristiques sont indiquées<br />
dans le tableau I.<br />
TABLEAU I<br />
Caractéristiques du sable roulé 0/2<br />
Equivalent de sable 80<br />
Teneur en matières organiques traces<br />
Teneur en <strong>basaltes</strong> (%) =* 50<br />
Teneur en fines (%) 1<br />
Granularité fig. 1<br />
Bull. Liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch. - 93 - janv.-févr. 1978 - Réf. 1845
s<br />
1 0 0<br />
§ 90<br />
1 80<br />
Ê<br />
2 70<br />
« 60<br />
Ol<br />
ra<br />
£ 50<br />
u<br />
o 40<br />
30<br />
GRAVIERS GROS SABLE<br />
Sable de concassage<br />
Sable roulé<br />
SABLE FIN<br />
20<br />
I mm 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 bOU 20/J<br />
10<br />
Fig. 1 - Courbes granulométriques des sab<strong>les</strong> avant traitement.<br />
Le sable de concassage 016, de même origine, que le<br />
précédent présentait <strong>les</strong> caractéristiques du tableau II.<br />
TABLEAU II<br />
Caractéristiques du sable concassé 0/6<br />
Equivalent de sable 65<br />
Teneur en fines (%) 5<br />
Granularité fig. 1<br />
Pouzzolanes<br />
<strong>Les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> r<strong>et</strong>enues pour la réalisation de ce<br />
chantier provenaient du puy de Corent situé au sud-est<br />
de Clermont-Ferrand. El<strong>les</strong> se présentent après élabo<br />
ration sous la forme d'un sable 0/4. La granularité de ce<br />
sable (fig. 2) perm<strong>et</strong> de constater la faib<strong>les</strong>se des te<br />
neurs en fines inférieures à 80 fi, puisque cel<strong>les</strong>-ci va<br />
rient entre 4,9 <strong>et</strong> 9,3 % alors qu'une valeur de 12 % est<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
O mm 20<br />
GRAVIERS<br />
5<br />
GROS SABLE SABLE FIN<br />
10 2 1 0,5 0,2 0,1 50U 20p<br />
Fig. 2 - Courbe granulométrique du sable 0/4 élaboré avec <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
de Corent.<br />
habituellement exigée pour la constitution des liants<br />
<strong>pouzzolanes</strong>-chaux. La densité apparente de ces<br />
<strong>pouzzolanes</strong> est en moyenne égale à 1,06.<br />
Du point de vue de leur réactivité à la chaux, ces pouz<br />
zolanes se caractérisent par un démarrage de prise<br />
relativement précoce, puisque <strong>les</strong> résistances à la<br />
compression simple, déterminées sur éprouv<strong>et</strong>tes de<br />
liant (80 % de <strong>pouzzolanes</strong> à 12 % de fines <strong>et</strong> 20 % de<br />
chaux aérienne éteinte), atteignent 100 bars avant<br />
60 jours, comme l'indique la figure 3. Cependant, <strong>les</strong><br />
performances fina<strong>les</strong> demeurent assez limitées<br />
(Rc = 165 bars à 1 an).<br />
. Rc (bar)<br />
14 28 60 90 120 1 50 180<br />
Fig. 3 - Résistance à la compression en fonction du temps des <strong>pouzzolanes</strong><br />
de Corent.<br />
Chaux<br />
La chaux utilisée pour <strong>les</strong> études est une chaux aé<br />
rienne éteinte provenant de Terrasson. Ses principa<strong>les</strong><br />
caractéristiques sont données dans le tableau III.<br />
TABLEAU III<br />
Caractéristiques de la chaux<br />
Teneur en CaO libre globale (%)<br />
— ATPS<br />
— méthode Leduc<br />
61,75<br />
62,50<br />
Passant au tamis de 80 fi(%) 99<br />
C<strong>et</strong>te chaux répond parfaitement aux normes SETRA-<br />
LCPC actuellement en vigueur.<br />
ETUDE DE TRAITEMENT<br />
Formulation<br />
Le sable destiné au traitement a été recomposé dans<br />
une première phase d'étude dans <strong>les</strong> proportions sui<br />
vantes:<br />
— 70 % de sable roulé 0/2,<br />
— 30 % de sable de concassage 0/6.<br />
Trois modes de traitement ont été r<strong>et</strong>enus pour <strong>les</strong><br />
premières études de laboratoire (tableau IV).<br />
87
TABLEAU IV<br />
Formu<strong>les</strong> de traitement r<strong>et</strong>enues<br />
Formu<strong>les</strong> 1 2 3<br />
Sable corrigé (%) 75 71 70<br />
Pouzzolanes de Corent (%) 21 25 25<br />
Chaux aérienne éteinte (%) 4 4 5<br />
Appellation 75/21/4 71/25/4 70/25/5<br />
Ces compositions de mélanges ont été déterminées en<br />
vue d'obtenir des courbes granulométriques sensiblement<br />
identiques (fig. 4), mis à part le mélange 3 (70/<br />
25/5) dont la teneur en fines est un peu plus élevée<br />
(fig. 4).<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0 .<br />
GRAVIERS<br />
3<br />
Sable avant traitement<br />
GROS SABLE<br />
é .<br />
V<br />
Sab<strong>les</strong> traités<br />
l<br />
SABLE FIN<br />
I mm 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 50/U<br />
Fig. 4 - Courbes granulométriques des mélanges.<br />
20/U<br />
<strong>Les</strong> aptitudes au compactage de ces mélanges ont été<br />
déterminées lors des essais Proctor modifiés <strong>et</strong> de la<br />
portance immédiate (CBR sans surcharge) (tableau V).<br />
Formu<strong>les</strong><br />
TABLEAU V<br />
1<br />
(75/21/4)<br />
2<br />
(71/25/4)<br />
3<br />
(70/25/5)<br />
ya OPM (kg/dm 3<br />
) 1,75 1,79 1,78<br />
w OPM (%) 8 7 6,5<br />
Indice CBR 48 55 56<br />
Ces résultats m<strong>et</strong>tent en évidence une croissance sensible<br />
des indices portant immédiats lorsque <strong>les</strong> dosages<br />
en <strong>pouzzolanes</strong> passent de 21 à 25 %, l'apport<br />
supplémentaire de <strong>pouzzolanes</strong> entraînant une amélioration<br />
de l'angle de frottement.<br />
Performances mécaniques<br />
A partir des mélanges r<strong>et</strong>enus précédemment, des<br />
éprouv<strong>et</strong>tes cylindriques (diamètre 50 mm, élancement<br />
2) ont été confectionnées en vue d'être soumises<br />
aux essais de rupture en compression simple après 7,<br />
14, 28, 60, 90,180 <strong>et</strong> 365 jours de conservation à 20 °C<br />
en étuis étanches. A titre d'information <strong>les</strong> éprouv<strong>et</strong>tes<br />
confectionnées présentaient <strong>les</strong> caractéristiques du<br />
tableau VI.<br />
88<br />
Formu<strong>les</strong><br />
TABLEAU VI<br />
1<br />
(75/21/4)<br />
2<br />
(71/25/4)<br />
3<br />
(70/25/5)<br />
Teneur en eau<br />
au compactage (%)<br />
Densité sèche<br />
7 7 7<br />
de confection (kg/dm 3<br />
) 1,95 1,93 1,95<br />
Densité sèche OPM 1,75 1,79 1,78<br />
Il convient de remarquer que <strong>les</strong> densités sèches de<br />
confection sont totalement différentes des valeurs déterminées<br />
par l'essai Proctor modifié : ces densités sèches<br />
ont été déterminées de façon à perm<strong>et</strong>tre un démoulage<br />
satisfaisant des éprouv<strong>et</strong>tes <strong>et</strong> sont de ce fait<br />
très n<strong>et</strong>tement supérieures à cel<strong>les</strong> attendues ; la réalisation<br />
de la planche expérimentale montrera plus tard<br />
que ces valeurs élevées sont bien représentatives de la<br />
réalité <strong>et</strong> que <strong>les</strong> valeurs OPM n'ont aucune signification<br />
pratique.<br />
<strong>Les</strong> courbes d'évolution des résistances à la compression<br />
simple en fonction du temps (fig. 5) montrent que<br />
le niveau des performances est acceptable pour un<br />
emploi en couches de fondation. Cependant, l'emploi<br />
des <strong>pouzzolanes</strong> de Corent, assez pauvres en fines<br />
inférieures à 80 p., conduit à r<strong>et</strong>enir une des formu<strong>les</strong><br />
de traitement avec 25 % de <strong>pouzzolanes</strong>; mais au vu<br />
des très faib<strong>les</strong> différences entre <strong>les</strong> deux mélanges à<br />
25 % de <strong>pouzzolanes</strong>, il est préférable de limiter le<br />
traitement à 4 % de chaux aérienne éteinte.<br />
Fig. 5 - Influence du dosage en liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux sur l'évolution<br />
de la résistance à la compression simple en fonction du temps.<br />
Influence de la correction granulaire<br />
Bien que la correction granulaire par 30 % de sable de<br />
concassage ait été r<strong>et</strong>enue pour la réalisation du chantier,<br />
il était intéressant de préciser son influence sur <strong>les</strong><br />
performances mécaniques des mélanges. C<strong>et</strong>te se-
conde partie de l'étude a donc été conduite dans <strong>les</strong><br />
mêmes conditions que l'étude précédente, le traite<br />
ment par 25 % de <strong>pouzzolanes</strong> <strong>et</strong> 4 % de chaux étant<br />
r<strong>et</strong>enu pour ce faire.<br />
Trois taux de correction (10, 20 <strong>et</strong> 30 % rapportés au<br />
poids total de sable) ont été étudiés, conduisant ainsi<br />
aux formu<strong>les</strong> du tableau VII.<br />
TABLEAU VII<br />
Formu<strong>les</strong> 2 4 5<br />
Sable roulé (%) 49,7 56,8 63,9<br />
Sable de concassage (%) 21,3 14,2 7,1<br />
Pouzzolanes de Corent (%) 25 25 25<br />
Chaux aérienne éteinte (%) 4 4 4<br />
<strong>Les</strong> courbes d'évolution des performances mécani<br />
ques en fonction du temps de conservation avant rup<br />
ture (fig. 6) montrent que <strong>les</strong> différences entre <strong>les</strong> mé<br />
langes à 30 % (2) <strong>et</strong> 20 % (4) de sable correcteur sont<br />
relativement faib<strong>les</strong>, alors que le mélange ne compor<br />
tant que 10% (5) de ce même sable est n<strong>et</strong>tement<br />
moins performant.<br />
7 28 60 90<br />
Fig. 6 - Influence du pourcentage de sable correcteur sur l'évolution de<br />
la résistance à la compression en fonction du temps.<br />
APPLICATION SUR CHANTIER<br />
Présentation du chantier<br />
<strong>Les</strong> sab<strong>les</strong>-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux ainsi étudiés ont été uti<br />
lisés comme couche de fondation sur la RN 89, à la<br />
sortie est de Clermont-Ferrand, chaussée dont la<br />
classe de trafic est T0. Le dimensionnement r<strong>et</strong>enu<br />
pour c<strong>et</strong>te chaussée neuve était celui de la figure 7.<br />
6 cm<br />
25 cm<br />
40 cm<br />
25 cm<br />
W/,<br />
/<br />
//////// J<br />
àéiox\ bitumineux Ò/10 ;/<br />
m W M<br />
I'" 0 0\. -<br />
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6 .<br />
, "• ' Graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
• ^ • ° ••»• Ç> : '0:\;C\ 0 6<br />
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Sab<strong>les</strong>-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
•-!"-*'.<br />
fi<br />
Fig. 7 - Dimenslonnement r<strong>et</strong>enu pour l'application sur chantier.<br />
Fabrication<br />
La fabrication était assurée à partir d'une centrale tradi<br />
tionnelle, située aux Martres-d'Artrière à 15 km environ<br />
du chantier.<br />
TABLEAU VIII<br />
Origine de la chaux Terrasson Gannat<br />
Teneur en CaO libre (méth.<br />
Leduc) (norme : > 50 %) 63,8 à 66,3 63,9<br />
Passant au tamis de 80 n<br />
(norme : > 90 %) 93 à 98 93,6<br />
<strong>Les</strong> chaux aériennes éteintes, utilisées pour le liant<br />
avaient une double provenance, mais demeuraient de<br />
qualité satisfaisante dans <strong>les</strong> deux cas du tableau VIII.<br />
L'ensemble des contrô<strong>les</strong> de dosages en chaux a per<br />
mis de montrer qu'il était relativement difficile de maî<br />
triser ces dosages dans un mélange de sab<strong>les</strong>-<br />
<strong>pouzzolanes</strong>-chaux, puisque ceux-ci ont fluctué entre<br />
2,8 <strong>et</strong> 5,5 % pour un dosage théorique de 4 %. Ces<br />
dispersions sont principalement imputab<strong>les</strong> aux ca<br />
dences de production trop élevées qui, associées à un<br />
dosage en chaux élevé (4 %), ne perm<strong>et</strong>taient plus un<br />
malaxage suffisant en centrale.<br />
Enfin, l'absence de trémies de stockage (chargement<br />
direct sur camions par l'interposition d'une sauterelle<br />
placée sous le malaxeur) a contribué à c<strong>et</strong>te hétérogé<br />
néité du fait de lafréquence des arrêts de centrale. Il est<br />
cependant à noter que <strong>les</strong> productions des derniers<br />
jours révèlent une n<strong>et</strong>te amélioration.<br />
Du fait des pluies torrentiel<strong>les</strong> tombées <strong>les</strong> jours précé<br />
dant la réalisation du chantier, la teneur en eau des<br />
sab<strong>les</strong> roulés était anormalement élevée, aussi la te<br />
neur en eau du mélange était-elle très difficile à main<br />
tenir dans <strong>les</strong> limites fixées initialement <strong>et</strong> toute intro<br />
duction d'eau fut suspendue dans <strong>les</strong> premiers jours de<br />
chantier. Une n<strong>et</strong>te amélioration a été ressentie en fin<br />
de chantier où il fut possible d'ajuster c<strong>et</strong>te teneur en<br />
eau de malaxage.<br />
89
Mise en œuvre.<br />
Le répandage des sab<strong>les</strong>-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux sur la<br />
grave de la couche de forme a été réalisé à la niveleuse<br />
<strong>et</strong> le compactage assuré par un compacteur vibrant<br />
CA 25 A DYNAPAC <strong>et</strong> un compacteur à pneumatiques<br />
ORTHOPACTOR P5 (charge : 231 ; pression des<br />
pneumatiques : 4 bars) ;<br />
<strong>Les</strong> mesures de densité sur la planche d'étalonnage,<br />
réalisées à l'aide d'un gammadensimètre R18, ont<br />
permis de montrer que <strong>les</strong> quatre premières passes du<br />
compacteur vibrant avaient un eff<strong>et</strong> de léger décom<br />
pactage, mais que <strong>les</strong> passes suivantes présentaient un<br />
apport de densité très sensible, puisqu'au terme de<br />
vingt passes de ce compacteur vibrant <strong>les</strong> densités<br />
sèches en place étaient passées de 1,80 à 1,87 kg/dm 3 ,<br />
comme le montre la figure 8.<br />
1,90<br />
1,85<br />
1,80<br />
son<br />
0 8 16 20 24 32 40 48 50 56<br />
Passes<br />
Fig. 8 - Etalonnage de l'atelier de compactage.<br />
• m m<br />
wm MSBÊÊBÊÈÊSËm<br />
"i,.<br />
_,„,__, „ 'JljlM.i||M<br />
Inr I nlTÉllMHffniamtfe 1<br />
Fig. 9 - Aspect de surface des sab<strong>les</strong>-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux.<br />
C<strong>et</strong>te planche d'étalonnage perm<strong>et</strong>tait donc de définir<br />
la marche de l'atelier de compactage comme suit:<br />
— vingt passes de vibrant;<br />
— trente passes de compacteur à pneumatiques OR<br />
THOPACTOR.<br />
90<br />
Il convient de remarquer que la densité sèche maximale<br />
demeure très éloignée de la valeur déterminée à l'essai<br />
Proctor modifié.<br />
A titre de vérification, un essai Proctor modifié effectué<br />
sur le mélange prélevé à la sortie du malaxeur a donné<br />
des résultats (yd = 1,90 kg/dm 3 ) différents de ceux ob<br />
tenus sur le mélange malaxé en laboratoire. En tout état<br />
de cause ces derniers résultats sont assez proches de<br />
la réalité du chantier, sans que la granularité du mé<br />
lange soit modifiée (fig. 10).<br />
• mm 20 10 0,2 0,1 50JU 20/U<br />
Fig. 10 - Fuseau granulométrique de production des sab<strong>les</strong><strong>pouzzolanes</strong>-chaux.<br />
Avec le mode de compactage défini précédemment, <strong>les</strong><br />
densités sèches en place sont satisfaisantes dans leur<br />
ensemble comme l'indiquent <strong>les</strong> contrô<strong>les</strong> effectués au<br />
gammadensimètre R 18 (fig. 11).<br />
Par ailleurs, il convient de signaler l'excellente por-<br />
tance du matériau constatée sur l'ensemble du chan-<br />
Nombre d'essais<br />
•<br />
6 -<br />
1 -<br />
Nombre d'essais 24<br />
Densité moyenne 1,90<br />
Densité (étalonnage) 1,93<br />
1,86 1,90 1,94 1,98 7d<br />
Fig. 11
tier, <strong>et</strong> plus particulièrement sur la br<strong>et</strong>elle de raccor<br />
dement de lazone industrielle du Bréz<strong>et</strong>, où l'épaisseur<br />
de la couche de fondation en sable traité a souvent<br />
dépassé 60 cm en vue de rattraper une couche de<br />
forme assez mal nivelée.<br />
Fig. 12 - Défauts dus aux excès d'eau de la première journée (zone<br />
affectée : 30 m 2 environ).<br />
Enfin, l'excès d'eau constaté en début de fabrication<br />
s'est répercuté à la mise en œuvre, du fait que le com<br />
pactage provoquait des remontées d'eau en surface ;<br />
cependant c<strong>et</strong> incident a été très localisé <strong>et</strong> n'a affecté<br />
que quelques mètres carrés.<br />
Enduits de protection<br />
Dans certaines zones, le passage des camions <strong>et</strong> des<br />
engins de chantier a détérioré l'enduit de protection.<br />
Ces dégradations sont dues à la superposition de deux<br />
phénomènes défavorab<strong>les</strong>:<br />
— l'émulsion utilisée, présentait un pH de 7,2 donc<br />
trop peu acide pour la réalisation de c<strong>et</strong> enduit;<br />
— le réglage fin des sab<strong>les</strong> provoqua des apports en<br />
couches minces qui séchèrent trop vite <strong>et</strong> n'adhérèrent<br />
pas à c<strong>et</strong>te couche de fondation. Un balayage efficace<br />
avant l'épandage d'émulsion aurait permis de pallier<br />
partiellement c<strong>et</strong> inconvénient.<br />
CONCLUSIONS<br />
De l'ensemble de ce premier chantier effectué en 1973,<br />
on r<strong>et</strong>iendra que la portance immédiate des sab<strong>les</strong>-<br />
<strong>pouzzolanes</strong>-chaux est satisfaisante, <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
apportant une augmentation considérable de l'angle<br />
de frottement.<br />
<strong>Les</strong> constatations faites en 1977, à l'occasion du chan<br />
tier de construction de l'autoroute Clermont-Ferrand -<br />
Thiers, ont permis de mieux appréhender l'importance<br />
du rôle correcteur des <strong>pouzzolanes</strong> sur le bon compor<br />
tement de ces sab<strong>les</strong> roulés au moment du compac<br />
tage, même sous précipitations.<br />
Le sable utilisé est un sable roulé 0/6 du val d'Allier,<br />
obtenu par dessablage puis traité par 20 % de pouzzo<br />
lanes 0/3 à 15 % de fines en moyenne. L'essai Proctor<br />
réalisé sur le sable ainsi traité a conduit à une densité<br />
sèche de 2 kg/dm 3 pour une teneur en eau de 8 %.<br />
L'indice portant immédiat déterminé par poinçonne<br />
ment CBR sans surcharge est de 70, donc n<strong>et</strong>tement<br />
supérieur au seuil de 35 généralement requis. <strong>Les</strong> ré<br />
sultats sur chantiers ont confirmé ceux obtenus en<br />
laboratoire. <strong>Les</strong> compacteurs du type lourd vibrant<br />
CC 50 A<strong>et</strong>à pneusAlbar<strong>et</strong> P 5ontévolué normalement<br />
sans causer de frayées.<br />
La texture déchiqu<strong>et</strong>ée des <strong>pouzzolanes</strong> est probable<br />
ment le facteur le plus important qui confère au mé<br />
lange une très bonne stabilité. Elle autorise une imbri<br />
cation des grains ronds, facilitée d'ailleurs par le fait<br />
que le mélange contient une quantité de fines relative<br />
ment importante.<br />
L'intérêt économique que peut représenter l'emploi<br />
des sab<strong>les</strong> roulés en technique routière est évident,<br />
même dans une région comme l'Auvergne où l'on dis<br />
pose de réserves importantes en matériaux de carrière,<br />
car la solution de traiter <strong>les</strong> sab<strong>les</strong> par <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
conduit à une meilleure utilisation des ressources en<br />
matériaux alluvionnaires disponib<strong>les</strong>.<br />
91
LES POUZZOLANES ET LES BASALTES<br />
La publication d'artic<strong>les</strong> sur <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> <strong>et</strong> <strong>les</strong> <strong>basaltes</strong> se poursuit.<br />
Nous rappelons ci-dessous d'une part <strong>les</strong> artic<strong>les</strong> déjà publiés, d'autre part <strong>les</strong><br />
artic<strong>les</strong> à paraître.<br />
Bull. n° 92 Présentation générale, par J. Bonnot <strong>et</strong> J.-C. Montvenoux.<br />
nov.-déc.<br />
1 9 ? 7 « Rappel de l'article Basaltes <strong>et</strong> <strong>pouzzolanes</strong> du Massif-Central par J.-M. Geoffray,<br />
A. Mishellany <strong>et</strong> J. Restituito, paru dans le numéro spécial granulats (1977).<br />
1 — Pouzzolanes<br />
Morphologie <strong>et</strong> couleur des <strong>pouzzolanes</strong>, par J.-M. Geoffray <strong>et</strong> R. Valladeau.<br />
Bull. n° 93 2 — <strong>Les</strong> liants <strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
Observation des <strong>pouzzolanes</strong> au microscope électronique à balayage, par M.-<br />
H. Tinturier.<br />
Dosage de la phase vitreuse dans <strong>les</strong> matériaux pouzzolaniques, par J. Mill<strong>et</strong>, R.<br />
Hommey <strong>et</strong> F. Brivot.<br />
Bases minéralogiques de sélection des <strong>pouzzolanes</strong>, par R. Dron <strong>et</strong> F. Brivot.<br />
janv.-févr. Estimation de l'activité pouzzolanique. Recherche d'un essai, par R. Largent.<br />
1 9 7 8 L'activité pouzzolanique, par R. Dron.<br />
Le liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux, par M. Fournier <strong>et</strong> J.-M. Geoffray.<br />
3 — Applications routières<br />
La place des graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux en technique routière, par P. Lambert <strong>et</strong> R.<br />
Rieu.<br />
Bull. n° 94 4 — <strong>Les</strong> <strong>basaltes</strong><br />
Traitement des sab<strong>les</strong> alluvionnaires par le liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux, par J.-M. Geoffray<br />
<strong>et</strong> R. Valladeau.<br />
mars-avril Planches expérimenta<strong>les</strong> <strong>basaltes</strong>-chaux, par M. Faure <strong>et</strong> J.-M. Geoffray.<br />
1978<br />
92<br />
Tous <strong>les</strong> artic<strong>les</strong> publiés seront regroupés après la sortie du dernier numéro sous couverture spéciale.
POUZZOLANES ET BASALTES<br />
INTRODUCTION<br />
Planches expérimenta<strong>les</strong> basalte-chaux<br />
RESUME<br />
Depuis quelques années on assiste à une diversifica<br />
tion des techniques de traitement des assises de<br />
chaussées, succédant à une période pendant laquelle<br />
une ou deux techniques de traitement seulement<br />
(grave-laitier <strong>et</strong> grave-bitume) étaient utilisées. C<strong>et</strong>te<br />
évolution répond à la préoccupation de mieux utiliser<br />
<strong>les</strong> ressources loca<strong>les</strong> en liant, lorsqu'el<strong>les</strong> s'avèrent<br />
économiquement intéressantes. C'est ainsi que la Ré<br />
gion Auvergne a vu se développer depuis 1970 la tech<br />
nique grave-pouzzolane-chaux, en particulier en ren<br />
forcements coordonnés. En eff<strong>et</strong>, l'existence de gise<br />
ments de pouzzolane rend c<strong>et</strong>te technique compétitive<br />
dans c<strong>et</strong>te région dans un rayon d'environ cinquante<br />
kilomètres autour des gisements.<br />
<strong>Les</strong> gisements de pouzzolane ne sont pas également<br />
répartis dans toute la région ; ils sont concentrés dans<br />
Bull. Liaison Labo. P. <strong>et</strong> Ch. - 94 - mars-avril 1978 - Réf. 2176<br />
B. FAURE<br />
J.-M. GEOFFRAY<br />
Assistants<br />
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand<br />
<strong>Les</strong> études de laboratoire ayant révélé une forte pouzzolanicité pour <strong>les</strong> roches basaltiques,<br />
une nouvelle technique routière a pu paraître intéressante pour <strong>les</strong> régions riches en basalte,<br />
l'Auvergne notamment:<br />
— la grave-basalte-chaux est une technique très voisine de la grave-pouzzolane-chaux puisque<br />
seule la pouzzolane est remplacée par une même quantité de sable basaltique de même<br />
granulométrie que la pouzzolane.<br />
L'année 1975 a vu la réalisation d'une planche expérimentale de 500 m dans le département<br />
du Puy-de-Dôme, à partir de <strong>basaltes</strong> à forte réactivité vis-à-vis de la chaux. <strong>Les</strong> résultats ont été<br />
très encourageants <strong>et</strong> ont révélé un bon comportement mécanique (déflexions, produits Rd <strong>et</strong><br />
carottages). En contrepartie, la fissuration est un peu plus rapide que pour <strong>les</strong> graves<br />
<strong>pouzzolanes</strong> chaux.<br />
A la suite de c<strong>et</strong>te première planche, un chantier expérimental a été effectué dans le<br />
département du Cantal (1976). <strong>Les</strong> <strong>basaltes</strong> r<strong>et</strong>enus présentaient une réactivité beaucoup plus<br />
faible que précédemment <strong>et</strong>, de ce fait, la grave traitée se rigidifie de façon beaucoup plus lente<br />
que lors de la première expérimentation.<br />
Du point de vue économique, c<strong>et</strong>te nouvelle technique devient compétitive par rapport aux<br />
graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux dès que le prix de fourniture départ plus élevé du liant est compensé<br />
par son coût de transport.<br />
MOTS CLES : 33 -Planche expérimentale - Basalte - Chaux - Granulat - Granulométrie continue<br />
Réaction (chim) - Comportement - Mécanique - Déflexion - Fissure - Coût - Assise traitée.<br />
<strong>les</strong> monts d'Auvergne, le Velay <strong>et</strong> le Vivarais (départe<br />
ments du Puy-de-Dôme, de la Haute-Loire <strong>et</strong> de l'Ardè-<br />
che). Par ailleurs, <strong>les</strong> autres sources possib<strong>les</strong> de liant<br />
routier (ciment, laitier, cendres ou même bitume) sont<br />
éloignées ou d'accès difficile.<br />
C'est pourquoi, un certain nombre d'études de labora<br />
toire ayant révélé la pouzzolanicité des <strong>basaltes</strong>, une<br />
nouvelle technique routière a pu paraître intéressante<br />
pour <strong>les</strong> régions d'Auvergne riches en basalte (mais<br />
dépourvues de ressources connues en pouzzolane) : la<br />
grave-basalte-chaux, qui consiste à substituer sim<br />
plement à la pouzzolane du mélange grave-<br />
pouzzolane-chaux une quantité égale de sable basalti<br />
que de même granularité que la pouzzolane.<br />
La première planche expérimentale a été réalisée en<br />
juin 1975 en renforcement du CD 986 entre Volvic <strong>et</strong><br />
Riom dans le département du Puy-de-Dôme dans le but<br />
53
de m<strong>et</strong>tre au point c<strong>et</strong>te nouvelle technique routière,<br />
d'apprécier le comportement du matériau ainsi traité<br />
sous circulation, <strong>et</strong> enfin de mieux connaître <strong>les</strong> carac<br />
téristiques mécaniques à moyen terme.<br />
A la suite des performances encourageantes obtenues<br />
sur la planche expérimentale, il a été décidé de pour<br />
suivre l'expérimentation de c<strong>et</strong>te technique par la réali<br />
sation d'un chantier expérimental de plus grande en<br />
vergure.<br />
Compte tenu que <strong>les</strong> <strong>basaltes</strong> constituent l'essentiel<br />
des ressources en granulatsdu département du Cantal,<br />
la Direction départemental de l'Equipement du Cantal a<br />
immédiatement accepté de se prêter à l'expérimenta<br />
tion proj<strong>et</strong>ée avec le concours du SETRA, du LCPC <strong>et</strong><br />
du CETE de Lyon.<br />
Le chantier r<strong>et</strong>enu pour c<strong>et</strong>te expérimentation est situé<br />
sur la RN 588: rectification d'une longueur de 2,8 km<br />
au niveau de Neussargues.<br />
ETUDES DE LABORATOIRE<br />
<strong>Les</strong> <strong>basaltes</strong> utilisés proviennent de <strong>basaltes</strong> concas<br />
sés dont <strong>les</strong> caractéristiques sont bonnes <strong>et</strong> conformes<br />
aux normes admises pour assises de chaussées.<br />
Pour la planche expérimentale CD 986, il s'agit de ba<br />
saltes type I de Durtol <strong>et</strong> Chateaugay, ayant un Los<br />
Ange<strong>les</strong> de 11 à 14. Pour le chantier expérimental<br />
RN 588, ce sont des <strong>basaltes</strong> de type II du Rocher de<br />
Laval (Los Ange<strong>les</strong> de 11, micro-Deval en présence<br />
d'eau de 8,4).<br />
La détermination de la pouzzolanicité, c'est-à-dire de<br />
la réactivité, vis-à-vis de la chaux est appréciée par<br />
150<br />
100<br />
7 1 4 28 60 90 1 20 1 50 1 80<br />
(jours)<br />
Fig. 1 - Evolution de la résistance à la compression des éprouv<strong>et</strong>tes en<br />
fonction de l'âge.<br />
54<br />
l'évaluation des performances mécaniques dévelop<br />
pées sur des éprouv<strong>et</strong>tes cylindriques (diamètre<br />
50 mm, hauteur 100 mm) confectionnées par compac<br />
tage statique uniforme (55 kN) puis conservées à 20 °C<br />
en étuis étanches. <strong>Les</strong> essais de rupture en compres<br />
sion simple sont alors appliqués à ces éprouv<strong>et</strong>tes<br />
après 0, 7, 14, 28, 60, 90, 120, 150 <strong>et</strong> 180 jours de<br />
conservation (fig. 1).<br />
<strong>Les</strong> résultats obtenus au cours de ces études m<strong>et</strong>tent<br />
bien en évidence la différence très n<strong>et</strong>te de réactivité<br />
entre <strong>les</strong> deux types de <strong>basaltes</strong>:<br />
à 180 jours R c = 165 bar pour le basalte type I<br />
R c = 102 bar pour le basalte type II<br />
Il convient d'ajouter que le basalte du type II se<br />
situe parmi <strong>les</strong> moins réactifs des <strong>basaltes</strong> à utiliser<br />
(R c à 180 j > 100 bar).<br />
Traitement des graves<br />
<strong>Les</strong> mélanges ont été obtenus par recomposition des<br />
fractions suivantes:<br />
Planche CD 986<br />
20 % sable 0/4<br />
31 % sable 0/6<br />
46 % gravillon 6/20<br />
3 % chaux aérienne<br />
éteinte<br />
Chantier RN 588<br />
45 % sable 0/4<br />
22 % gravillon 4/10<br />
30 % gravillon 10/20<br />
3 % chaux aérienne<br />
éteinte<br />
Ces deux types de recomposition ont conduit à une<br />
même courbe de mélange (fig. 2).<br />
100<br />
70<br />
10<br />
CAILLOUX GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN<br />
Fuseau Robin<br />
a mm 200 100 50 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 50/i 20/j<br />
Fig. 2 - Courbe théorique du mélange.<br />
<strong>Les</strong> caractéristiques Proctor modifié des deux graves<br />
traitées m<strong>et</strong>tent en évidence des densités sèches éle<br />
vées provenant des valeurs élevées des masses volu-<br />
miques des <strong>basaltes</strong>.<br />
Planche CD 986<br />
r d OPM = 2,26<br />
wOPM = 9 %<br />
Chantier RN 588<br />
Td OPM = 2,31<br />
w OPM = 8 %<br />
<strong>Les</strong> performances mécaniques développées par <strong>les</strong><br />
deux mélanges ont été suivies à partir des essais de<br />
rupture en compression simple sur des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
cylindriques de 100 mm de diamètre, hauteur 200 mm,
après conservation à 20 °C en étuis étanches. <strong>Les</strong> résis<br />
tances à la rupture confirment l'écart déjà constaté<br />
entre <strong>les</strong> deux types de <strong>basaltes</strong>.<br />
RÉALISATION DE CHANTIERS<br />
La planche expérimentale CD 986<br />
La section r<strong>et</strong>enue est un tronçon rectiligne de 400 m<br />
environ qui présente une légère rampe (fig. 3). La<br />
chaussée, de largeur réduite (6 à 6,50 m), supportait en<br />
1975 un trafic de 2 000 à 2 500 véhicu<strong>les</strong>/jour, dont 200<br />
poids lourds.<br />
L'ancienne chaussée avait une structure traditionnelle<br />
hétérogène :<br />
— une succession d'enduits superficiels;<br />
— 5 à 15 cm de pierre cassée 40/70;<br />
— 30 à 50 cm de blocage basaltique (50 cm du PK<br />
1,700 à 1,900 - 30 cm du PK 1,900 à 2,100).<br />
Le sol de fondation est un limon (limon très plastique Lt<br />
ou argile peu plastique Ap) appartenant à la classe Si<br />
du Catalogue de structures types de chaussées (éd.<br />
1971).<br />
— Limite de liquidité : 48 à 67.<br />
— Indice de plasticité : 16 à 33.<br />
La chaussée est relativement bien drainée latéralement<br />
par deux fossés profonds.<br />
La section présentait avant travaux un affaissement<br />
généralisé des rives avec fissures <strong>et</strong> faïençage comme<br />
le montre le schéma itinéraire (fig. 3).<br />
<strong>Les</strong> déflexions mesurées en mai 1975 caractérisent une<br />
chaussée de déformabilité moyennement élevée, mais<br />
hétérogène :<br />
— du PK 1,700 au PK 1,900 : m + 2a<br />
20 à 125/100 mm<br />
— du PK 1,900 au PK 2,100 : m + 2a<br />
mm.<br />
125 à 150/100 mm, avec quelques pointes à 250/100<br />
•Le dimensionnement du renforcement r<strong>et</strong>enu a été le<br />
suivant:<br />
La centrale de fabrication était une centrale de 400 t/h<br />
alimentée par trois trémies prédoseuses à contrôle<br />
pondéral avec enregistrement en continu <strong>et</strong> compor<br />
tant un malaxeur bas <strong>et</strong> une trémie tampon de 30 m 3 .<br />
La mise en œuvre était effectuée par un atelier classi<br />
que comprenant une niveleuse, un rouleau vibrant<br />
lourd, un rouleau à pneus <strong>les</strong>té à 32 tonnes.<br />
Le répandage <strong>et</strong> le compactage du basalte-chaux ont<br />
été réalisés par demi-chaussées. La couche de base a<br />
été protégée par l'application d'un enduit de cure 24<br />
heures après.<br />
A signaler qu'en fin de compactage, au-delà des douze<br />
passes du rouleau vibrant, l'eau remontait en surface:<br />
le basalte-chaux «ressue» assez vite en raison de la<br />
forte teneur en fines du mélange (10 %).<br />
Il importe de souligner que la réalisation de la planche<br />
expérimentale s'est déroulée dans <strong>les</strong> meilleures<br />
conditions du fait de la maîtrise du matériel de fabrica<br />
tion par l'entreprise <strong>et</strong> des conditions météorologiques<br />
particulièrement favorab<strong>les</strong>.<br />
55
En eff<strong>et</strong>, la planche a été exécutée le jour suivant la fin<br />
des travaux de renforcement de la RN 9 en graves-<br />
pouzzolane-chaux. De ce fait, l'entreprise a bénéficié<br />
de l'expérience acquise lors de l'exécution de ces tra<br />
vaux, <strong>et</strong> cela explique l'homogénéité peu commune du<br />
matériau fabriqué.<br />
Le chantier expérimental RN 588<br />
La chaussée r<strong>et</strong>enue est une chaussée neuve compor<br />
tant une couche de forme intégrée constituée de mo<br />
raines glaciaires. La structure de la chaussée est défi<br />
nie comme suit:<br />
— couche de fondation :<br />
40 cm de graves non traitées 0/31,5<br />
— couche de base :<br />
20 cm de graves-<strong>basaltes</strong>-chaux 0/20<br />
— couche de roulement :<br />
8 cm de bétons bitumineux 0/10.<br />
C<strong>et</strong>te structure repose sur des sols de classe S2 S3. Le<br />
trafic est de classe T3*.<br />
La couche de forme présentait des caractéristiques<br />
satisfaisantes :<br />
— Essai à la plaque (Mode opératoire LCPC - Dunod,<br />
1973).<br />
EV-i compris entre 316 <strong>et</strong> 907 (pour E V 1 > 270 de<br />
mandé)<br />
K = ^ L<br />
EVi<br />
mandé)<br />
compris entre 1,51 <strong>et</strong> 1,93 (pour K ^ 2 de-<br />
Pour la couche de fondation, <strong>les</strong> essais à la plaque<br />
suisse effectués sur <strong>les</strong> graves non traitées de la cou<br />
che de fondation ont donné une variation du module<br />
d'élasticité comprise entre 1034 <strong>et</strong> 2000, alors qu'il était<br />
requis une valeur minimale de 800.<br />
<strong>Les</strong> graves non traitées 0/31,5 étaient d'origine basalti<br />
que <strong>et</strong> provenaient des deux carrières loca<strong>les</strong> (Rocher<br />
de Laval <strong>et</strong> Chanzac).<br />
Oependant, il convient de signaler que c<strong>et</strong>te couche de<br />
fondation présentait initialement un aspect de surface<br />
très ouvert <strong>et</strong> très sec, provoquant de ce fait une trafi-<br />
cabilité non satisfaisante pour la mise en œuvre de la<br />
couche de base.<br />
Une reprise de c<strong>et</strong>te surface a donc été effectuée ponc<br />
tuellement par apport de sable <strong>et</strong> humidification, suivie<br />
de compactage. A la suite de c<strong>et</strong>te opération, la traf ica-<br />
bilité était fortement améliorée.<br />
La fabrication des graves-<strong>basaltes</strong>-chaux était assurée<br />
en centrale (50 à 220 t/h), comprenant:<br />
— un groupe mobile de malaxage;<br />
— un groupe mobile de prédosage à trois comparti<br />
ments de 10 m 3 avec motovariateur servocommande;<br />
* Catalogue de structures types de chaussées, éd. 1971.<br />
56<br />
— unsiloàchauxde50 m 3 avecmotovariateursurvis;<br />
— une trémie prédoseuse à fines.<br />
La mise en œuvre était assurée par le même atelier de<br />
compactage que celui utilisé lors de la planche.<br />
Résultats des contrô<strong>les</strong> (tableau I)<br />
TABLEAU I Planche CD 986 Chantier RN 588<br />
Teneur en chaux (%)<br />
Teneur en eau OPM (%)<br />
Densité sèche<br />
2,97 à 3,06<br />
(8 essais)<br />
6,9 à 7,8<br />
2,16 à 2,39<br />
2,2 à 3,8<br />
(68 essais)<br />
7,8 à 8,5<br />
2,06 à 2,3<br />
<strong>Les</strong> teneurs en eau lors de la réalisation du chantier ont<br />
été adaptées aux conditions météorologiques particu<br />
lièrement exceptionnel<strong>les</strong> (sécheresse de l'été 1976).<br />
<strong>Les</strong> contrô<strong>les</strong> de dosages en chaux ont été effectués<br />
par pHmétrie (fig. 4).<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
(%)<br />
A.<br />
Dosage théorique 3%<br />
Caract. statistiques<br />
N = 68 observations<br />
Moyenne = 3%<br />
Ec. type = 4%<br />
Coef. var. = 13,3515<br />
Valeurs extrêmes = 1,6 <strong>et</strong> 3,9%<br />
2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 chaux (%)<br />
Fig. 4 - Histogramme des dosages en chaux dans la grave traitée sur le<br />
chantier de la RN 588.<br />
La forte dispersion des dosages en chaux provient es<br />
sentiellement du fait que la centrale de fabrication ne<br />
comportait qu'un seul silo de stockage. De plus,le fait<br />
d'utiliser des chaux de trois origines différentes ne<br />
pouvait qu'accentuer c<strong>et</strong>te dispersion.<br />
<strong>Les</strong> insuffisances des densités obtenues sur.le chantier<br />
s'expliquent par la mauvaise tenue au roulage de la<br />
couche de fondation en graves non traitées (fig. 5). Il est<br />
également évident que la différence du niveau de com<br />
pactage entre <strong>les</strong> deux chantiers est liée à « l'eff<strong>et</strong> d'en<br />
clume» qui contribue à une plus grande efficacité de<br />
compactage dans le cas du chantier de renforcement,<br />
comme le montre la comparaison des planches de<br />
compactage (fig. 6).
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
Caract. statistiques<br />
N = 110 observations<br />
Moyenne = 220<br />
Ecart-type = 0,6<br />
Coef. var. = 2,5917<br />
Valeurs extrêmes =<br />
2,07 <strong>et</strong> 2,29<br />
Référence planche<br />
de compactage = 2,25<br />
0 I<br />
2,00 2,03 2,06 2,09 2,12 2,15 2,18 2,21 2,24 2,27 7d<br />
7d<br />
2,40<br />
2,35<br />
2,30<br />
2,25<br />
2,20<br />
2,15<br />
2,10<br />
2,05<br />
Fig. 5 - Histogramme des densités sèches<br />
sur le chantier de la RN 588.<br />
SUIVI DU COMPORTEMENT<br />
Déflexions<br />
Type I - Renforcement<br />
CD 986<br />
Type II - Chaussée neuve<br />
RN 588 y'<br />
2 4 8 16 Nombre de passes<br />
Flg. 6 - Evolution de la densité sèche<br />
en fonction du nombre de passes.<br />
Des mesures de déflexion au déflectographe Lacroix<br />
ont été réalisées à la fin des travaux de mise en œuvre<br />
de la grave-basalte-chaux, après mise en œuvre du<br />
béton bitumineux <strong>et</strong> à trois mois d'âge, afin de suivre<br />
l'évolution de la déformabilité de la chaussée.<br />
<strong>Les</strong> résultats obtenus montrent une diminution de la<br />
déformabilité dans <strong>les</strong> deux cas, mais le niveau de la<br />
déformabilité reste élevé sur le chantier de la RN 588.<br />
Le tableau II donne l'ensemble des mesures de dé<br />
flexions.<br />
TABLEAU II<br />
Ancienne chaussée 125<br />
Renforcement Chaussée neuve<br />
CD 986<br />
RN 588<br />
m + 2d mm / 100<br />
Après mise en œuvre<br />
grave-basalte-chaux 70 143<br />
Après mise en œuvre<br />
béton bitumineux<br />
(un mois) 45 104<br />
A trois mois d'âge 30 75<br />
Evolution du produit Rd<br />
<strong>Les</strong> mesures de déflexion ont été complétées par des<br />
mesures de relevés des lignes d'influence à trois mois<br />
d'âge.<br />
Là encore on peut constater une différence très n<strong>et</strong>te<br />
dans le comportement des assises traitées ainsi réali<br />
sées.<br />
Sur la planche expérimentale, on peut remarquer que<br />
la déflexion est pratiquement toujours inférieure au<br />
seuil admissible habituellement pris en compte pour<br />
<strong>les</strong> graves traitées aux liants hydrauliques <strong>et</strong> que le<br />
produit Rd est toujours supérieur à 15 000 (fig. 7). Le<br />
diagramme représentant R <strong>et</strong> d montre bien que la<br />
grave-basalte-chaux se caractérise par une rigidifica-<br />
tion remarquable.<br />
En revanche, sur le chantier expérimental RN 588, on<br />
peut observer que dans plus de la moitié des cas la<br />
déflexion est supérieure au seuil de 40/100 mm <strong>et</strong> que<br />
dans tous <strong>les</strong> cas le produit Rd est inférieur à 15 000<br />
(fig- 7).<br />
R (m)<br />
Fig. 7 - Rayon de courbure. Diagramme<br />
Ig Ig à trois mois d'âge.<br />
Chaussée à couche de base traitée<br />
aux liants hydrauliques.<br />
Planche expérimentale CD 986<br />
Pointsfiguratifsdanslazone I pour<br />
la plupart.<br />
— d < 40/100 en général<br />
— Rd > 15000<br />
Chantier expériemental RN 588<br />
Points figuratifs dans <strong>les</strong> zones II <strong>et</strong><br />
d > 40/100<br />
Rd < 15000<br />
30 40 50 100 200<br />
d(1/100 mm)<br />
57
<strong>Les</strong> mesures au vibreur léger faites sur le chantier RN<br />
588 à trois mois d'âge ont mis en évidence des célérités<br />
faib<strong>les</strong> de 700 à 800 m/s.<br />
Carottages<br />
Des carottages ont été réalisés à quatre mois d'âge. Il a<br />
été extrait des carottes entières dans tous <strong>les</strong> cas sur la<br />
planche, alors qu'un tiers seulement des carottes a pu<br />
être extrait sur le chantier de la RN 588.<br />
L'examen visuel des carottes perm<strong>et</strong> de constater une<br />
cohésion correcte, avec cependant un aspect moins<br />
compact en fond de couche (la partie supérieure des<br />
carottes révèle la présence de surfaces «blanches»<br />
plus grandes <strong>et</strong> plus nombreuses que sur la partie en<br />
contact avec l'enrobé). Il convient de souligner que,<br />
d'une manière générale, la liaison avec l'ancienne cou<br />
che de surface <strong>et</strong> l'enrobé est bonne (fig. 8, carotte 2).<br />
Fig. 8 - Carottes extraites<br />
sur la planche<br />
expérimentale<br />
CD 986. Bonne liaison<br />
enrobés basaltechaux<br />
<strong>et</strong> couche de<br />
base - ancienne<br />
chaussée (carotte<br />
n° 2) (4 mois d'âge).<br />
<strong>Les</strong> essais de carottages ont permis d'évaluer:<br />
L'épaisseur : celle-ci varie entre 15 <strong>et</strong> 25 cm pour <strong>les</strong><br />
graves-<strong>basaltes</strong>-chaux.<br />
La densité moyenne : le gradient de densité est impor<br />
tant: 2,40 au somm<strong>et</strong> des carottes, 2,23 à la base de la<br />
couche.<br />
TABLEAU III<br />
Caractéristiques mécaniques des échantillons carottés<br />
en place sur la planche CD 986 à quatre mois d'âge<br />
Densité<br />
sèche<br />
2,40<br />
2,23<br />
2,34<br />
2,18<br />
2,34<br />
2,16<br />
R<br />
,<br />
(bar)<br />
E<br />
(bar)<br />
Déformation<br />
à la rupture<br />
3,5 260 000 34.10" 6<br />
3,3 170 000 46.10" 6<br />
4 170 000 41.10" 6<br />
<strong>Les</strong> performances mécaniques obtenues sur <strong>les</strong><br />
<strong>basaltes</strong>-chaux de la planche à quatre mois d'âge sont<br />
très élevées: el<strong>les</strong> sont supérieures à cel<strong>les</strong> obtenues<br />
sur des graves-<strong>pouzzolanes</strong> au même âge.<br />
58<br />
Examen visuel<br />
Sur la planche expérimentale CD 986, des fissures de<br />
r<strong>et</strong>rait thermique sont apparues fin septembre 1975,<br />
c'est-à-dire quatre mois après la mise en œuvre, à la<br />
suite d'un refroidissement soudain (variation de l'ordre<br />
de 10 °C de la température ambiante sous abri).<br />
<strong>Les</strong> fissures étaient visib<strong>les</strong> uniquement sur le bord de<br />
la dalle non recouverte par le béton bitumineux (fig. 9),<br />
puis el<strong>les</strong> ont commencé à apparaître sur la couche de<br />
roulement un mois après, sous forme de «segments»<br />
très courts.<br />
El<strong>les</strong> sont très espacées, de 15 à 20 m; leur largeur est<br />
très réduite.<br />
Seu<strong>les</strong> deux fissures (en novembre 1975) traversent la<br />
chaussée sur toute la largeur. Néanmoins, il est curieux<br />
de constater que ce type de fissuration se caractérise<br />
par une géométrie très erratique (fig. 10).<br />
Là encore ces constatations corroborent <strong>les</strong> résultats<br />
des mesures de déflexion <strong>et</strong> des carottages.<br />
Dalle basalte-chaux Bord de la couche de roulement BB 0/10<br />
Fig. 9 - Apparition très n<strong>et</strong>te de la fissure sur le bord de la dalle non<br />
recouverte par le béton bitumineux. Amorce de fissures du béton<br />
bitumineux (planche expérimentale CD 986) (4 mois d'âge).<br />
Fig. 10 - Fissuration de géométrie très erratique ne débouchant pas sur<br />
<strong>les</strong> bords de la chaussée (planche expérimentale CD 986).
CONCLUSIONS<br />
<strong>Les</strong> essais de suivi réalisés à un mois <strong>et</strong> trois mois d'âge<br />
confirment largement <strong>les</strong> tendances qui avaient pu être<br />
révélées par <strong>les</strong> études préalab<strong>les</strong> effectuées en labora<br />
toire:<br />
Comme pour <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong>, il importe de déceler <strong>les</strong><br />
propriétés pouzzolaniques des <strong>basaltes</strong> qui dépendent<br />
de la roche d'une part, <strong>et</strong> du degré de finesse granulaire<br />
d'autre part.<br />
En eff<strong>et</strong>, <strong>les</strong> constatations effectuées sur la planche<br />
expérimentale montrent que la rigidification des<br />
<strong>basaltes</strong>-chaux est rapide. <strong>Les</strong> caractéristiques de dé-<br />
formabilité (déflexions, produit Rd), ainsi que <strong>les</strong> résul<br />
tats de carottages indiquent un bon comportement<br />
mécanique de la section ainsi renforcée. En contre<br />
partie, la fissuration est plus rapide.<br />
Pour le chantier de la RN 588, la déformabilité se situe<br />
encore à un niveau élevé, confirmant ainsi l'étude de<br />
réactivité des <strong>basaltes</strong> de Laval, qui m<strong>et</strong>tait en évidence<br />
que le niveau de la prise à 90 jours représentait moins<br />
de 50 % de celle obtenue à un an d'âge. De ce fait, la<br />
grave n'est pas encore assez liée, à 90 jours, pour auto<br />
riser un niveau de déflexions comparable à celui<br />
constaté sur la planche expérimentale.<br />
De plus, pour l'étude du comportement de c<strong>et</strong>te cou<br />
che de base, il convient de prendre en compte <strong>les</strong> diffé<br />
rentes dispersions constatées à la réalisation du chan<br />
tier, <strong>et</strong> notamment cel<strong>les</strong> dues au compactage, imputa<br />
b<strong>les</strong> à la mauvaise traficabilité de la couche de fonda<br />
tion en graves non traitées.<br />
Il faut, en tous cas, r<strong>et</strong>enir que <strong>les</strong> essais de suivi m<strong>et</strong><br />
tent en évidence <strong>les</strong> similitudes entre <strong>les</strong> techniques<br />
grave-pouzzolane-chaux <strong>et</strong> basalte-chaux au niveau<br />
des performances mécaniques, commandées par la<br />
réactivité des constituants de base.<br />
Quant à l'intérêt économique de c<strong>et</strong>te technique, com<br />
parativement à celle de la grave-pouzzolane-chaux, il<br />
est fonction d'une part des prix respectifs de fourniture<br />
départ du sable-basalte <strong>et</strong> de la pouzzolane, <strong>et</strong> d'autre<br />
part de l'éloignement des gisements respectifs par<br />
rapport à l'aire de stockage. S'il est possible d'obtenir<br />
un sable-basalte de concassage à 8-10 % de fines, le<br />
prix de fourniture ne sera guère plus élevé que celui de<br />
la pouzzolane <strong>et</strong>, dans ces conditions, la technique<br />
grave-basalte-chaux sera compétitive par rapport à la<br />
technique grave-pouzzolane-chaux dès que le prix de<br />
fourniture départ plus élevé du « liant » sera compensé<br />
par un coût de transport moindre de ce «liant» (donc<br />
par une distance de transport moindre).<br />
59
LES POUZZOLANES ET LES BASALTES<br />
Le regroupement sous couverture spéciale de tous <strong>les</strong> artic<strong>les</strong> de ce thème,<br />
parus dans <strong>les</strong> Bull<strong>et</strong>ins 92 à 94, comportera <strong>les</strong> tirés à part suivants :<br />
Bull. n° 92 Présentation générale, par J. Bonnot <strong>et</strong> J.-C. Montvenoux.<br />
nov.-déc.<br />
1 ^ 7 7 • Rappel de l'article Basaltes <strong>et</strong> <strong>pouzzolanes</strong> du Massif-Central par J.-M. Geoffray,<br />
A. Mishellany <strong>et</strong> J. Restituito, paru dans le numéro spécial granulats (1977).<br />
1 — Pouzzolanes<br />
Morphologie <strong>et</strong> couleur des <strong>pouzzolanes</strong>, par J.-M. Geoffray <strong>et</strong> R. Valladeau.<br />
Bull. n° 93 2 — <strong>Les</strong> liants <strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
Observation des <strong>pouzzolanes</strong> au microscope électronique à balayage, par M.-<br />
H. Tinturier.<br />
Dosage de la phase vitreuse dans <strong>les</strong> matériaux pouzzolaniques, par J. Mill<strong>et</strong>, R.<br />
Hommey <strong>et</strong> F. Brivot.<br />
Bases minéralogiques de sélection des <strong>pouzzolanes</strong>, par R. Dron <strong>et</strong> F. Brivot.<br />
janv.-févr. Estimation de l'activité pouzzolanique. Recherche d'un essai, par R. Largent.<br />
1978<br />
L'activité pouzzolanique, par R. Dron.<br />
Le liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux, par M. Fournier <strong>et</strong> J.-M. Geoffray.<br />
3 — Applications routières<br />
La place des graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux en technique routière, par P. Lambert <strong>et</strong> R.<br />
Rieu.<br />
Bull. n° 94 4 — <strong>Les</strong> <strong>basaltes</strong><br />
Traitement des sab<strong>les</strong> alluvionnaires par le liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux, par J.-M. Geoffray<br />
<strong>et</strong> R. Valladeau.<br />
mars-avril Planches expérimenta<strong>les</strong> <strong>basaltes</strong>-chaux, par M. Faure <strong>et</strong> J.-M. Geoffray.<br />
1978<br />
60<br />
Mise en évidence des propriétés pouzzolaniques des <strong>basaltes</strong>, par J.-C. Montvenoux <strong>et</strong><br />
J.-M. Geoffray (information parue dans le Bull<strong>et</strong>in 78, p. 21-24).<br />
Nos lecteurs désirant recevoir ce document sont priés de<br />
nous r<strong>et</strong>ourner la formule de demande en fin de Bull<strong>et</strong>in.
Mise en évidence<br />
des propriétés<br />
pouzzolaniques<br />
des <strong>basaltes</strong><br />
J.-C. MONTVENOUX<br />
Directeur du Laboratoire régional<br />
de Clermont-Ferrand<br />
J.-M. GEOFFRAY<br />
Assistant<br />
Laboratoire régional de Clermont-Ferrand<br />
L A technique des graves-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux,<br />
utilisée depuis plus<br />
de 5 ans tant en chaussées neuves<br />
qu'en renforcements coordonnés,<br />
a fait l'obj<strong>et</strong> de nombreuses<br />
études en laboratoire <strong>et</strong> de constatations<br />
sur chantier.<br />
Dès 1970, <strong>les</strong> différences constatées<br />
dans <strong>les</strong> performances mécaniques<br />
obtenues avec des roches<br />
de diverses natures nous perm<strong>et</strong>taient<br />
de penser que certaines roches,<br />
tel<strong>les</strong> que <strong>les</strong> <strong>basaltes</strong>,<br />
étaient dotées d'un pouvoir pouzzolanique<br />
plus ou moins marqué<br />
<strong>et</strong> semblaient participer au phénomène<br />
de prise : <strong>les</strong> mêmes <strong>basaltes</strong>,<br />
successivement traités par<br />
des <strong>pouzzolanes</strong> dont <strong>les</strong> réactivités<br />
à la chaux étaient très inéga<strong>les</strong>,<br />
ne montrent aucune différence<br />
sensible de comportement.<br />
C<strong>et</strong>te constatation établie aussi<br />
bien en laboratoire que sur chantier<br />
perm<strong>et</strong>tait donc de formuler<br />
l'hypothèse d'une participation au<br />
phénomène de prise des <strong>basaltes</strong><br />
eux-mêmes.<br />
Cependant, la vérification de c<strong>et</strong>te<br />
hypothèse posait de sérieux problèmes<br />
du fait de la présence de<br />
matériaux susceptib<strong>les</strong> de réagir<br />
individuellement avec la chaux<br />
qui leur était associée <strong>et</strong> des<br />
rô<strong>les</strong> respectifs des <strong>basaltes</strong> <strong>et</strong><br />
des <strong>pouzzolanes</strong> dans la granulan<br />
t e des mélanges.<br />
Au terme de cinq années d'études<br />
effectuées au laboratoire <strong>et</strong> d'expérimentations<br />
sur chantier, c<strong>et</strong>te participation<br />
semble bien être confirmée.<br />
De plus, <strong>les</strong> qualités de ces liants,<br />
constitués uniquement par des sab<strong>les</strong><br />
broyés basaltiques <strong>et</strong> par de la<br />
chaux, sont parfaitement comparab<strong>les</strong><br />
à cel<strong>les</strong> des liants <strong>pouzzolanes</strong>chaux<br />
traditionnels.<br />
Le programme de ces études avait<br />
pour seul objectif de démontrer<br />
l'existence du pouvoir pouzzolanique<br />
des <strong>basaltes</strong> <strong>et</strong>, de ce fait,<br />
il a recouvert plusieurs aspects du<br />
problème posé, puisqu'il convenait<br />
:<br />
— de chiffrer la participation de<br />
ces <strong>basaltes</strong> à la prise du liant,<br />
lors de leur traitement par <strong>les</strong><br />
<strong>pouzzolanes</strong>-chaux ;<br />
— de vérififer qu'à la limite l'absence<br />
de pouzzolane dans le liant<br />
n'entraînait pas de perturbations<br />
trop sensib<strong>les</strong> au niveau des performances<br />
de la grave traitée ;<br />
— enfin, de démontrer que ces<br />
<strong>basaltes</strong> une fois broyés <strong>et</strong> associés<br />
à la chaux étaient bien susceptib<strong>les</strong><br />
de donner des liants<br />
pouzzolaniques intéressants en<br />
technique routière.<br />
Bull. Liaison Labo P. <strong>et</strong> Ch. - 78 - juil.-août 1975 - Inf. 1651<br />
C<strong>et</strong>te nouvelle technique routière<br />
pourra présenter bon nombre<br />
d'avantages dans des départements<br />
pourvus de <strong>basaltes</strong> <strong>et</strong><br />
n'ayant pas, à proximité, de carrière<br />
de pouzzolane.<br />
Caractéristiques des <strong>basaltes</strong><br />
Avant de détailler l'ensemble des<br />
études qui ont conduit à confirmer<br />
l'existence de la pouzzolanicité<br />
des <strong>basaltes</strong>, il convient de<br />
revenir -sommairement sur leurs<br />
principa<strong>les</strong> caractéristiques géologiques,<br />
physiques <strong>et</strong> chimiques :<br />
la connaissance de ces divers paramètres<br />
perm<strong>et</strong>tant de mieux<br />
établir <strong>les</strong> similitudes entre <strong>basaltes</strong><br />
<strong>et</strong> <strong>pouzzolanes</strong> <strong>et</strong> de mieux<br />
appréhender <strong>les</strong> qualités pouzzolaniques<br />
de ces matériaux.<br />
Données géologiques<br />
<strong>Les</strong> <strong>basaltes</strong> sont <strong>les</strong> roches effusives<br />
<strong>les</strong> plus répandues dans le<br />
monde, puisqu'ils forment de très<br />
puissantes coulées sur tous <strong>les</strong><br />
continents <strong>et</strong> notamment en<br />
France, dans le Massif central.<br />
Ces <strong>basaltes</strong> se présentent généralement<br />
sous la forme de roche<br />
compacte, de couleur très sombre<br />
(noire le plus souvent). Ce sont<br />
des roches à équilibre de silice,<br />
très riches en plagioclases basiques.<br />
Leur examen au microscope<br />
perm<strong>et</strong> de distinguer une multitude<br />
de microlithes entourés de<br />
verre amorphe.<br />
Caractéristiques physiques<br />
La masse volumique des <strong>basaltes</strong><br />
est très élevée, puisqu'elle dépasse<br />
2,8 kg/dm 3 pour atteindre 3,2 kg/<br />
dm 3 pour <strong>les</strong> plus denses. Leur<br />
porosité demeure de l'ordre de<br />
1 %.<br />
La dur<strong>et</strong>é de ces matériaux est<br />
très élevée, puisque <strong>les</strong> coefficients<br />
Los Ange<strong>les</strong> ne varient qu'entre<br />
12 <strong>et</strong> 18 <strong>et</strong> <strong>les</strong> coefficients inicro-<br />
Deval humides ne fluctuent qu'entre<br />
5,5 <strong>et</strong> 15,5 pour <strong>les</strong> produits<br />
connus. <strong>Les</strong> <strong>basaltes</strong> constituent<br />
donc des matériaux de très bonne<br />
qualité pour la construction routière.<br />
Caractéristiques chimiques<br />
La composition globale des <strong>basaltes</strong><br />
est très voisine de celle de»<br />
<strong>pouzzolanes</strong>, malgré une basicité
légèrement supérieure. Il faut,<br />
constater par ailleurs que, dans<br />
un sable basaltique broyé, la basicité<br />
du matériau croît sensiblement<br />
quand on passe des éléments<br />
supérieurs aux éléments <strong>les</strong> plus<br />
fins (tableau I).<br />
TABLEAU I<br />
Composition ternaire d'un sable<br />
basaltique en fonction de sa<br />
granularité<br />
Classe<br />
granulaire<br />
0,08 / 3 mm<br />
0 / 0,08 mm<br />
Silice<br />
%<br />
64<br />
61<br />
Alumine<br />
%<br />
19<br />
21<br />
Chaux<br />
%<br />
17<br />
18<br />
En se reportant sur un diagramme<br />
ternaire Si0 2, A1 20 3, CaO<br />
(fig.l), on constate que <strong>les</strong> <strong>basaltes</strong><br />
sont effectivement plus basiques<br />
que <strong>les</strong> cendres volantes <strong>et</strong><br />
présentent une basicité comparable<br />
aux <strong>pouzzolanes</strong> naturel<strong>les</strong> <strong>les</strong><br />
plus basiques connues.<br />
Fig. 1 - Situation des <strong>basaltes</strong> dans le<br />
diagramme ternaire SiOj, AI,Oj, CaO.<br />
A côté de ces trois constituants,<br />
il faut signaler la présence de<br />
fortes quantités d'oxydes de fer<br />
<strong>et</strong> de magnésium, comme l'indique<br />
le tableau II.<br />
22<br />
TABLEAU II<br />
Composition chimique des <strong>basaltes</strong><br />
<strong>et</strong> des <strong>pouzzolanes</strong><br />
Basaltes Pouzzolanes<br />
Mini. Maxi. Mini. Maxl.<br />
Si02 39 50 40 54<br />
AI2o3 11 21 12 19<br />
Fe203 1,8 9,5 7 16<br />
FeO 2 8,5 0,1 2,6<br />
MnO 0,05 0.25 0,15 0,20<br />
MgO 5,2 14 2,4 14<br />
CaO 3 13 5 12<br />
Na20 1,5 4,3 2,8 6,1<br />
K20 0,6 2,4 1,0 3,2<br />
Ti02 2,2 4,8 1,6 2,9<br />
24 analyses 62 analyses<br />
Traitement par <strong>les</strong> liants<br />
<strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
Le traitement des graves basaltiques<br />
par <strong>les</strong> liants <strong>pouzzolanes</strong>chaux<br />
a toujours donné d'excellentes<br />
performances en technique<br />
graves-<strong>pouzzolanes</strong>, quelle<br />
que soit la réactivité des <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
Mais lorsque ce liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
est préparé à partir<br />
de <strong>pouzzolanes</strong> peu réactives, il<br />
semble que la pouzzolanicité des<br />
<strong>basaltes</strong> destinés au traitement<br />
par ce liant puisse l'emporter<br />
sur celle des <strong>pouzzolanes</strong> proprement<br />
dites.<br />
En eff<strong>et</strong>, si on traite un basalte<br />
0/20 <strong>et</strong> un gneiss 0/20 par 20<br />
<strong>et</strong> 30 % d'un même liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux,<br />
constitué par des<br />
<strong>pouzzolanes</strong> très peu réactives, <strong>et</strong><br />
si on suit dans le temps l'évolution<br />
des résistances à la compression<br />
simple des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
confectionnées à partir des mélanges<br />
définis précédemment, on<br />
constate un ensemble de faits qui<br />
laisse entrevoir une certaine réactivité<br />
des <strong>basaltes</strong> à la chaux<br />
(fig. 2) :<br />
— <strong>les</strong> performances développées<br />
par <strong>les</strong> <strong>basaltes</strong>-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
(courbes B 30 <strong>et</strong> B 20) sont très<br />
n<strong>et</strong>tement supérieures à cel<strong>les</strong><br />
données par <strong>les</strong> gneiss-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux<br />
(courbes G 30 <strong>et</strong> G 20);<br />
— dans le cas des mélanges<br />
gneiss-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux, <strong>les</strong> courbes<br />
d'évolution des performances<br />
montrent que le phénomène de<br />
prise se poursuit encore à 2 ans,<br />
semblant ainsi indiquer que dans<br />
ce mélange la chaux n'est consommée<br />
que très lentement, du fait<br />
de la faib<strong>les</strong>se de réactivité des<br />
<strong>pouzzolanes</strong> utilisées (très pauvres<br />
en parties vitreuses) ;<br />
— dans le cas des mélanges <strong>basaltes</strong>-<strong>pouzzolanes</strong>-chaux,<br />
la prise<br />
progresse plus rapidement <strong>et</strong><br />
semble évoluer vers une phase de<br />
durcissement aux environs de<br />
180 jours d'âge, toute la chaux<br />
consommable ayant été utilisée;<br />
— enfin, le traitement des graves<br />
par 30 % de liant au lieu de<br />
20 %, apporte des augmentations<br />
de performances relativement plus<br />
marquées pour <strong>les</strong> gneiss que<br />
pour <strong>les</strong> <strong>basaltes</strong> ; <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
associées à la chaux constituent<br />
le liant lorsqu'el<strong>les</strong> sont employées<br />
pour le traitement des gneiss,<br />
mais lorsqu'el<strong>les</strong> sont utilisées<br />
pour le traitement des <strong>basaltes</strong>,<br />
ce rôle n'est plus prépondérant.<br />
R (bar)<br />
c<br />
/<br />
1 /<br />
II 1 /<br />
l<br />
/<br />
y<br />
*<br />
s<br />
s<br />
y<br />
s<br />
28 60 90 180 365 730<br />
t (i)<br />
Fig. 2 - Etude comparative du traitement<br />
des <strong>basaltes</strong> <strong>et</strong> des gneiss par 20 <strong>et</strong> 30%<br />
d'un liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux faible.<br />
Etude des liants <strong>basaltes</strong>-chaux<br />
Si la pouzzolanicité des <strong>basaltes</strong><br />
est supérieure à celle de certaines<br />
<strong>pouzzolanes</strong>, moyennement ou<br />
peu réactives, il convient cependant<br />
de la comparer avec celle de<br />
l'ensemble des <strong>pouzzolanes</strong> naturel<strong>les</strong><br />
: nous avons donc effectué<br />
des études de liants <strong>basaltes</strong>chaux<br />
suivant <strong>les</strong> mêmes critères<br />
d'étude des liants <strong>pouzzolanes</strong>chaux.<br />
Rappelons que l'essai de détermination<br />
de la pouzzolanicité d'un<br />
matériau naturel consiste à traiter<br />
par une chaux éteinte appropriée<br />
le matériau broyé selon la<br />
courbe granulométrique normalisée<br />
de la figure 3, sur <strong>les</strong> bases<br />
de composition du mélange :<br />
— 80 % de basalte broyé 0/3,<br />
— 20 % de chaux éteinte,<br />
— 9 % d'eau au compactage.<br />
Des éprouv<strong>et</strong>tes cylindriques<br />
(50 mm de diamètre, 100 mm de<br />
hauteur) sont alors confectionnées<br />
par compactage statique uniforme<br />
(55 kN) puis conservées à<br />
20 °C en étuis étanches. <strong>Les</strong> essais<br />
de rupture en compression simple<br />
sont alors appliqués à ces<br />
éprouv<strong>et</strong>tes après 0, 7, 14, 28, 60,<br />
90, 120, 150, 180 <strong>et</strong> 365 jours de<br />
conservation.<br />
L'évolution des performances<br />
obtenues fournit alors des indications<br />
très précieuses pour !a<br />
connaissance de la prise du liant<br />
étudié.<br />
<strong>Les</strong> courbes d'évolution des résistances<br />
à la compression simple<br />
(fig. 4) représentent <strong>les</strong> valeurs
•S 100<br />
I 90<br />
S 80<br />
I 70<br />
I 60<br />
S 50<br />
GRAVIERS GROS SABLE SABLE FIN<br />
I<br />
I<br />
I<br />
1<br />
I i<br />
0<br />
• mm 20 0 1 2 0 5 0, 2 0 1 5 0 LI 20<br />
Fig. 3 - Courbe granulométrique type utilisée<br />
pour la confection des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
de liant pouzzolanique.<br />
Fig. 4 - Courbes d'évolution de la résistance<br />
à la compression simple des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
de liants.<br />
moyennes de résistances obtenues<br />
avec <strong>les</strong> sab<strong>les</strong> basaltiques <strong>et</strong> <strong>les</strong><br />
<strong>pouzzolanes</strong>, <strong>les</strong> plus représentatives<br />
du Massif central.<br />
Nous constatons la supériorité du<br />
liant <strong>basaltes</strong>-chaux moyen sur le<br />
liant <strong>pouzzolanes</strong>-chaux moyen. De<br />
ce fait, nous pouvons estimer que<br />
ces nouveaux liants correspondent<br />
approximativement aux meilleurs<br />
liants <strong>pouzzolanes</strong>-chaux.<br />
De plus, <strong>les</strong> allures des courbes<br />
d'évolution sont très comparab<strong>les</strong><br />
entre el<strong>les</strong>, perm<strong>et</strong>tant notamment<br />
de dissocier un temps de prise qui<br />
peut durer jusqu'à 120 jours en-<br />
TABLEAU III<br />
Densité sèche des <strong>basaltes</strong> <strong>et</strong> <strong>pouzzolanes</strong><br />
Matériaux pouzzolaniques<br />
Basaltes de Châteaugay<br />
Pouzzolanes très réactives<br />
Pouzzolanes peu réactives<br />
Yd (kg/dm 3<br />
)<br />
à 0 j à 180 j<br />
2,16<br />
1,85<br />
1,87<br />
2,21<br />
1,90<br />
1,89<br />
* Pourcentage d'eau combinée par rapport à l'eau Introduite au malaxage (9 %)<br />
viron, <strong>et</strong> une phase de durcissement<br />
qui prend le relai de c<strong>et</strong>te<br />
prise.<br />
En outre, une étude complémentaire<br />
de ces liants <strong>basaltes</strong>-chaux<br />
a permis de montrer, comme dans<br />
le cas des <strong>pouzzolanes</strong> naturel<strong>les</strong>,<br />
une augmentation sensible des<br />
densités sèches des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
dans le temps.<br />
Au cours de c<strong>et</strong>te étude, <strong>les</strong><br />
teneurs en eau résiduelle ont été<br />
déterminées sur éprouv<strong>et</strong>tes de<br />
liant après 6 mois de conservation<br />
à 20 °C en étuis étanches.<br />
<strong>Les</strong> éprouv<strong>et</strong>tes auscultées n'ont<br />
pas subi <strong>les</strong> essais de rupture en<br />
compression simple en vue de ne<br />
pas fausser la détermination de<br />
la teneur en eau libre. Pour déterminer<br />
ces teneurs en eau libre,<br />
la perte de poids des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
a été suivie à 50 °C pendant<br />
90 heures, avec un point de<br />
confirmation à 500 heures environ.<br />
C<strong>et</strong>te température de 50 °C<br />
avait été r<strong>et</strong>enue pour ne pas<br />
provoquer de dégradation des<br />
hydrates formés.<br />
<strong>Les</strong> résultats obtenus (tableau III)<br />
montrent que c<strong>et</strong>te croissance<br />
des densités sèches est essentiellement<br />
imputable à l'eau qui,<br />
introduite au malaxage, se<br />
combine partiellement sous forme<br />
d'hydrates aux constituants cristallins<br />
formés au cours de la<br />
réaction pouzzolanique.<br />
L'ensemble de ces études comparatives<br />
perm<strong>et</strong> donc d'affirmer<br />
que <strong>les</strong> <strong>basaltes</strong> broyés présentent,<br />
une pouzzolanicité comparable ou<br />
supérieure à celle des <strong>pouzzolanes</strong><br />
broyées.<br />
Traitement des graves<br />
basaltiques par la chaux<br />
La pouzzolanicité des <strong>basaltes</strong><br />
étant alors démontrée, il convenait<br />
de s'assurer qu'une grave<br />
basaltique 0/20 (5 % d'éléments<br />
inférieurs à 80 u.) pouvait faire<br />
prise lorsqu'elle était directement<br />
traitée par une chaux aérienne<br />
éteinte.<br />
Eau combinée<br />
(%)<br />
19<br />
25<br />
12<br />
<strong>Les</strong> performances mécaniques développées<br />
par deux mélanges à<br />
base de chaux <strong>et</strong> un témoin pouzzolane-chaux<br />
ont été suivies à<br />
partir des essais de rupture en<br />
compression simple sur des éprouv<strong>et</strong>tes<br />
cylindriques (100 mm de<br />
diamètre, 200 mm de hauteur<br />
après conservation à 20 "C en<br />
étuis étanches).<br />
Deux dosages en chaux ont été<br />
r<strong>et</strong>enus pour l'étude du traitement<br />
des <strong>basaltes</strong>. <strong>Les</strong> trois mélanges<br />
étudiés avaient donc <strong>les</strong><br />
compositions indiquées dans le<br />
tableau IV.<br />
TABLEAU IV<br />
Composition<br />
des trois mélanges (%)<br />
2<br />
(%)<br />
3<br />
(%)<br />
Basaltes 0/20 Durtol 77 77 76<br />
Basaltes 0/3 broyés — 20 20<br />
Pouzzolanes Volvic 20 — —<br />
Chaux éteinte 3 3 4<br />
<strong>Les</strong> courbes granulométriques<br />
(fig. 5) des trois mélanges étudiés<br />
étaient rigoureusement identiques,<br />
compte tenu que <strong>les</strong> sab<strong>les</strong> 0/3<br />
broyés de <strong>basaltes</strong> furent reconstitués<br />
en laboratoire sur <strong>les</strong><br />
bases granulométriques des <strong>pouzzolanes</strong><br />
de Volvic qui se présentaient<br />
sous la forme de sable 0/3<br />
à 12 % de fines inférieures à<br />
80 u..<br />
GRAVIERS GROS SABLE<br />
/ I 1<br />
V- 1<br />
i<br />
F us R Ol ir<br />
-TT<br />
/<br />
V/<br />
V<br />
\ /<br />
0<br />
• mm 50 0 20 1 0 5 2 1 0 5 0,, 0 1 50<br />
F.g. 5 - Courbe granulométrique des trois<br />
mélanges de graves traitées.<br />
•f<br />
i<br />
23
<strong>Les</strong> caractéristiques Proctor modifié<br />
des trois graves traitées<br />
m<strong>et</strong>tent en évidence des densités<br />
sèches beaucoup plus élevées dans<br />
le cas des <strong>basaltes</strong>-chaux, provenant<br />
des valeurs élevées des masses<br />
volumiques des <strong>basaltes</strong> par<br />
rapport à cel<strong>les</strong> des <strong>pouzzolanes</strong>.<br />
<strong>Les</strong> teneurs optima<strong>les</strong> en eau (w)<br />
sont du même ordre de grandeur<br />
dans <strong>les</strong> deux cas (tableau V).<br />
TABLEAU V<br />
Caractéristiques OPM<br />
des trois mélanges 1 2 3<br />
Yd (kg/dm»)<br />
w (%)<br />
2,17<br />
9,5<br />
2,27<br />
9<br />
2,27<br />
9<br />
<strong>Les</strong> résultats obtenus (fig. 6) montrent<br />
qu'il n'existe pas de différence<br />
très significative entre <strong>les</strong><br />
mélanges 1 <strong>et</strong> 2 puisqu'à 6 mois<br />
d'âge, il n'existe qu'une différence<br />
de 4 bars en compression simple.<br />
Le traitement des <strong>basaltes</strong> par<br />
4 % de chaux éteinte perm<strong>et</strong><br />
d'obtenir des résultats supérieurs<br />
à ceux obtenus en traitant ces<br />
<strong>basaltes</strong> par des <strong>pouzzolanes</strong> très<br />
réactives (Volvic) <strong>et</strong> par 3 % de<br />
chaux éteinte.<br />
L'allure des courbes d'évolution<br />
des performances montre en outre<br />
qu'il n'existe pas de différence<br />
particulière de cinétique que l'on<br />
ait présence de <strong>pouzzolanes</strong> ou<br />
non.<br />
Ces études perm<strong>et</strong>tent donc de<br />
penser qu'il est possible d'obtenir<br />
<strong>les</strong> mêmes performances mécaniques<br />
entre un basalte traité<br />
directement par la chaux <strong>et</strong> le<br />
même basalte traité par <strong>les</strong> liants<br />
<strong>pouzzolanes</strong>-chaux, dans la mesure<br />
où ce basalte aura été enrichi en<br />
24<br />
Rc (bar)<br />
i<br />
i<br />
/ j<br />
Ì<br />
// 'ft<br />
r<br />
Y' ^<br />
7 28 60 90 120 180<br />
t (i)<br />
3o o Basalte 0/20 traité par 4% chaux<br />
2 A Basalte 0/20 traité par 3% chaux<br />
1 • • Graves <strong>pouzzolanes</strong> chaux<br />
(Etude de référence)<br />
Fig. 6 - Evolution comparative de la résistance<br />
à la compression des trois mélanges<br />
en fonction du temps de<br />
conservation.<br />
fines (environ 5 % de fines basaltiques<br />
au total dans la grave<br />
destinée au traitement).<br />
Conclusions<br />
L'hypothèse d'une pouzzolanicité<br />
des <strong>basaltes</strong>, soupçonnée depuis<br />
1970, a été vérifiée par l'étude de<br />
l'évolution des résistances mécaniques<br />
des mélanges : basalte -<br />
chaux - eau. La détermination des<br />
quantités d'eau fixée au cours de<br />
l'évolution de tels systèmes confirme<br />
ce point de vue.<br />
Deux possibilités peuvent alors<br />
être r<strong>et</strong>enues pour l'utilisation des<br />
<strong>basaltes</strong> à la réalisation de graves<br />
traitées :<br />
— le traitement direct d'un basalte<br />
0/20 (à 5 % de fines environ)<br />
par <strong>les</strong> chaux aériennes ;<br />
— le traitement d'une grave 0/20<br />
par 20 % d'un liant basalte-chaux<br />
constitué à partir d'un sable<br />
broyé 0/3 de basalte contenant<br />
au moins 12 % de fines inférieures<br />
à 80 u..<br />
BIBLIOGRAPHIE<br />
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géologiques <strong>et</strong> pétrographiques, Bull.<br />
Serv. carte géol. fr., 242, tome LU, Librairie<br />
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roches volcaniques tertiaires <strong>et</strong> qiuarternaires<br />
de la France, Bull. Serv.<br />
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<strong>et</strong> leur activité, Ed. Masson, Paris,<br />
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l'eau dans la prise du laitier granulé,<br />
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Spécial O. déc. 1970, p. 87-94.<br />
LAMBERT P., RIEU R. <strong>et</strong> PATIER M., <strong>Les</strong><br />
<strong>pouzzolanes</strong> en technique routière,<br />
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TAZIEFF H., <strong>Les</strong> volcans <strong>et</strong> la dérive<br />
des continents, Presses Universitaires<br />
de France, 1972.<br />
Autres références<br />
Travaux du Laboratoire de Clermont-<br />
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GEOFFRAY J.-M. <strong>et</strong> RIEU R., Recherche<br />
des méthodes de traitement des graves<br />
<strong>et</strong> des sab<strong>les</strong> aux liants <strong>pouzzolanes</strong><br />
chaux, mars 1973.<br />
GEOFFRAY J.-M. <strong>et</strong> LAMBERT P., Etude<br />
de l'activité des <strong>pouzzolanes</strong> naturel<strong>les</strong><br />
<strong>et</strong> rencensement des gisements,<br />
janv. 1973.<br />
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la région de Clermont-Ferrand, dec.<br />
1973.